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小口径深井救援机器人的设计研究

作　者: 孙晓红
导　师: 樊炳辉
学　校: 山东科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 深井救援机器人优化设计运动学虚拟样机运动仿真有限元分析压杆稳定性
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 69次
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内容摘要

本论文主要对山东科技大学机器人中心的深井救援机器人进行了研究与分析。针对国内落井事故频繁发生却没有专门的救援设备这一现状,我们提出了此课题。根据深井救援的实际工况,设计了包括探臂机构、抱臂机构在内的共5个自由度的深井救援机器人,并运用三维造型软件SolidWorks对该机器人的本体结构进行了实体建模与装配。根据工作范围和工作特点等需要,对机器人的抱臂机构建立了优化设计数学模型,运用MATLAB工具箱中的fmincon函数对机构进行了优化设计,并获得最优解。引入D-H方法建立了机器人的运动学方程,为机器人的控制与仿真提供了理论基础。然后将建立的几何模型导入运动学与动力学分析软件COSMOSMotion中进行干涉检查和运动仿真,在仿真过程中探讨了由操作空间到关节空间再到驱动空间的映射问题,建立了机器人的虚拟样机模型,得到了一系列重要关节的运动曲线。运用有限元分析软件COSMOSWorks对机器人探臂机构中的主要受力部件连杆和探臂杆进行了有限元分析,得到了这些部件在受力最大时的应力分布情况,为改进杆件强度提供了依据。最后对探臂杆进行了压杆稳定性的校核,得出杆件最优的截面尺寸。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-16
  1.1 课题的研究背景  11-14
  1.2 机器人的应用及其发展  14-15
  1.3 本课题研究的主要内容  15-16
2 深井救援机器人的本体设计与实体建模  16-25
  2.1 机器人本体结构的设计  16-18
  2.2 机器人本体结构的实体建模  18-23
  2.3 本章小结  23-25
3 深井救援机器人抱臂翻转结构的优化设计  25-37
  3.1 优化设计概述  25-27
  3.2 建立优化设计数学模型  27-30
  3.3 利用MATLAB优化工具箱求解  30-34
  3.4 运动仿真  34-35
  3.5 本章小结  35-37
4 深井救援机器人的运动学分析  37-45
  4.1 引言  37-40
  4.2 深井救援机器人的运动学方程推导  40-44
  4.3 本章小结  44-45
5 深井救援机器人虚拟样机实现  45-62
  5.1 虚拟样机技术简介  45-46
  5.2 深井救援机器人的运动仿真  46-53
  5.3 深井救援机器人的有限元分析  53-59
  5.4 探借杆的稳定性  59-61
  5.5 本章小结  61-62
6 结论与展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况  69

小口径深井救援机器人的设计研究

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