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锚杆孔钻削机器人的设计与仿真

作　者: 王玉
导　师: 王得胜
学　校: 河南理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 锚杆孔机器人虚拟样机运动仿真有限元分析
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 31次
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内容摘要

虚拟样机技术作为产品设计的一项新技术,对传统的产品设计方法是一次革命。通过运用虚拟样机技术,工程师可以通过机械系统运动仿真,在产品设计阶段发现产品设计中的潜在问题,并快速进行修改,减少了对于物理样机的依赖,这样不仅可以节省成本,缩短产品开发周期,而且可以提高产品性能,增强产品竞争力。本文将虚拟样机技术引入锚杆孔钻削机器人设计开发领域,主要从以下几个方面进行了研究:1.对锚杆钻机的发展状况进行了探讨,针对现阶段小断面锚杆钻机施工存在的问题,提出了一种新的工作装置。2.通过分析锚杆孔钻削机器人的结构特点,确定了锚杆孔钻削机器人的总体方案和初始参数,完成锚杆孔钻削机器人的实体建模和虚拟装配。3.建立了锚杆孔钻削机器人的虚拟样机,在此基础上进行了工作装置的运动仿真分析和静力学分析。4.通过对主要的零件进行有限元分析,对主要零件进行了校核。通过运用虚拟样机技术对锚杆孔钻削机器人的设计与分析,证实了锚杆孔钻削机器人机械结构上的可实现性,具有较高的社会效益和经济效益。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 引言  9-19
  1.1 课题研究的背景  9-14
    1.1.1 矿山机械的重要性  9-10
    1.1.2 目前机器人的种类及应用领域  10-11
    1.1.3 机器人快速发展的原因  11-12
    1.1.4 矿山机械机器人化的必然性  12-13
    1.1.5 虚拟样机技术的应用  13-14
  1.2 锚杆钻机的发展现状及趋势  14-17
    1.2.1 锚杆钻机的种类  14-16
    1.2.2 目前锚杆孔钻进设备的发展现状  16
    1.2.3 锚杆孔钻进设备发展趋势  16-17
  1.3 本文的课题来源与主要工作  17-19
2 锚杆孔钻削机器人的方案设计及虚拟样机实现策略  19-27
  2.1 锚杆孔钻削机器人的方案设计  19-23
    2.1.1 锚杆支护施工现状  19-21
    2.1.2 锚杆孔钻削机器人的总体方案  21-23
  2.2 虚拟样机实现策略  23-26
    2.2.1 锚杆孔钻削机器人虚拟样机实现过程  23-24
    2.2.2 虚拟样机设计软件选用  24-26
  2.3 本章小结  26-27
3 锚杆孔钻削机器人的结构及几何建模  27-45
  3.1 锚杆孔钻削机器人的设计要求  27-28
  3.2 锚杆孔钻削机器人方案比较与确定  28-30
    3.2.1 驱动方式的确定  28-29
    3.2.2 机器人结构形式的初步确定  29-30
  3.3 锚杆孔钻削机器人基本关系式的建立  30-33
    3.3.1 锚杆孔钻削机器人分析模型及工作过程  30-31
    3.3.2 基本参数分析  31-32
    3.3.3 基本参数关系式的建立  32-33
  3.4 锚杆孔钻削机器人构件尺寸的初步确定  33-38
    3.4.1 杆件尺寸的确定  33-36
    3.4.2 各关节节点的确定  36-38
  3.5 零部件的实体建模  38-42
    3.5.1 钻机连接件  38
    3.5.2 摇臂组件  38-39
    3.5.3 滑块  39
    3.5.4 转台  39-40
    3.5.5 驱动油缸的选取  40
    3.5.6 其它非标零件的建模  40-42
    3.5.7 其它标准件的选取  42
  3.6 装置的虚拟装配  42-44
  3.7 本章小结  44-45
4 锚杆孔钻削机器人的运动仿真  45-65
  4.1 锚杆孔钻削机器人机械系统运动仿真概述  45-46
  4.2 多刚体系统动力学简介  46-48
    4.2.1 多刚体系统动力学的研究方法  46-47
    4.2.2 多刚体系统动力学理论的优点  47-48
  4.3 锚杆孔钻削机器人运动学分析  48-49
    4.3.1 锚杆孔钻削机器人运动学正问题  48-49
    4.3.2 锚杆孔钻削机器人运动学逆问题  49
  4.4 Pro/ENGINEER Wilder 运动仿真的特点  49-51
  4.5 锚杆孔钻削机器人多刚体静力学受力分析  51-53
    4.5.1 锚杆孔钻削机器人的工作过程  51
    4.5.2 外载荷的确定原则  51-52
    4.5.3 锚杆孔钻削机器人的传统方法静力学分析  52-53
  4.6 锚杆孔钻削机器人的运动仿真  53-59
    4.6.1 锚杆孔钻削机器人自由度的计算  53
    4.6.2 锚杆孔钻削机器人运动的路径规划  53-54
    4.6.3 锚杆孔钻削机器人的运动学仿真分析  54-59
  4.7 锚杆孔钻削机器人的动力学仿真分析  59-61
  4.8 零部件的校核  61-63
    4.8.1 油缸的选型校核  61-62
    4.8.2 销轴的强度校核  62-63
  4.9 本章小结  63-65
5 零部件的有限元分析  65-75
  5.1 有限元分析基础  65-68
    5.1.1 有限元分析几何模型的建立  66-67
    5.1.2 力学特性及边界条件的处理  67
    5.1.3 有限元网格划分  67-68
  5.2 构件的有限元静态分析  68-72
    5.2.1 计算工况的选择  68-69
    5.2.2 材料属性的确定与定义  69
    5.2.3 约束的确定与定义  69-70
    5.2.4 载荷的确定与定义  70-71
    5.2.5 单元网格的生成与分析模型的定义  71-72
  5.3 有限元计算结果的分析  72-73
    5.3.1 摇臂应力分析  72
    5.3.2 摇臂结构变形分析  72-73
  5.4 本章小结  73-75
6 总结与展望  75-77
  6.1 总结  75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-81
附录Ⅰ  81-83
附录Ⅱ  83-85
致谢  85-86
详细摘要  86-88

锚杆孔钻削机器人的设计与仿真

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