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林间代步机器人的设计及木壳造型理论研究

作　者: 付丽
导　师: 王慧
学　校: 东北林业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 林间代步机总体设计减震机构有限元分析模拟仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
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内容摘要

随着经济的快速发展,加工机械的自动化程度越来越高,人们逐渐开始重视林业作业的机械化和自动化水平,来提高林间作业的效率。然而我国的森林地形条件和作业环境比较复杂,原本研发的轮式或履带式步行机械都存在很多弊端,例如轮式设备仅限于水平方向的运动,牵引力很大程度上依赖重力,不适合崎岖或松软的地形。履带式设备虽然在地形适应能力方面比较出色,可是越障能力比较差。因此急需设计一种新型的能适应林间复杂地面环境的代步机械来满足市场需求。通过对国内外步行机器人的研究现状和发展趋势以及步行机器人的结构和林间工作环境的分析,提出了新型步行机械的设计方案。同时论文又通过对代步机结构特点、设计要求和参数进行分析,从动力机构、减震机构、行走机构、机架和转向机构五个方面对代步机进行了整体设计。还对凸轮减震机构进行了原理分析,对运动过程中的凸轮进行了ANSYS有限元分析和非线性计算,得到了凸轮机构的危险区域和变形位移,并从理论方面进行了验证,为移动式步行机械实现在林间稳定行走奠定了理论基础。对林间代步机器人的壳体进行了木壳假设,根据林间代步机械的壳体强度要求,建立了壳体的力学理论模型,进行了在碰撞力的作用下壳体的强度分析；对木壳的结构特性进行了研究,确定了制作壳体的材料并完成了壳体的样机制作,对完成后的壳体进行表面处理,并分析了影响表面质量的原因。在Pro/E环境下建立了林间代步机器人的三维模型,通过动态装配对模型进行了模拟运动仿真,为整机结构的改进和完善提供了指导；并根据内部机构的形状进行了外观造型设计,美化了产品的外观,有助于提高产品的市场竞争力,促进代步机的批量化生产和市场化推广。本文的设计研究为林间移动式设备提供了一个研究平台,为林间步行机械的研究和发展提供了理论基础,为移动式机械的壳体材料的开发提供了一个新思路。在林业机械化越来越完善的将来,具有良好越障能力和环保性能的林间代步机器人将拥有广阔的市场前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 国内外步行机器人研究的现状分析  9-12
    1.2.1 国外步行机器人研究的回顾  9-11
    1.2.2 国内步行机器人研究的发展现状  11-12
  1.3 国内外林业步行机器人研究的现状  12-14
    1.3.1 国外林业步行机器人研究的现状  12-13
    1.3.2 国内林业步行机器人研究的现状  13-14
  1.4 林业步行机器人的发展趋势  14-15
  1.5 林间代步机器人的定义与市场预测  15-16
  1.6 论文的研究内容  16-17
2 林间代步机器人的总体方案设计  17-29
  2.1 林间代步机器人的工艺与投资  17-19
    2.1.1 代步机设计的基本要求  17
    2.1.2 操作人员的要求  17-18
    2.1.3 机器设备投资估算  18
    2.1.4 机器生产工艺要求  18-19
  2.2 林间代步机器人设计方案的制定  19-20
  2.3 机器设计参数选取  20-21
  2.4 林间代步机器人的结构  21-23
  2.5 曲轴结构的设计  23-25
  2.6 传动系统方案设计  25-26
  2.7 支撑机构的设计  26-27
  2.8 林间代步机器人的结构特点  27-28
  2.9 本章小结  28-29
3 林间代步机器人的减震机构设计与强度分析  29-40
  3.1 减震机构的设计原则  29-30
  3.2 减震机构的设计  30-32
  3.3 凸轮减震机构强度理论分析  32-34
    3.3.1 凸轮机构的接触应力分析  32-33
    3.3.2 凸轮机构参数仿真及接触应力计算  33-34
  3.4 减震机构有限元分析  34-39
    3.4.1 ANSYS有限元分析步骤  34-35
    3.4.2 单元模型的选取  35-36
    3.4.3 边界条件的定义  36-37
    3.4.4 非线性静力学结果分析  37-39
  3.5 本章小结  39-40
4 林间代步机器人木壳力学特性与表面处理方法研究  40-49
  4.1 林间代步机器人外壳强度要求  40
  4.2 林间代步机器人木壳力学分析  40-44
    4.2.1 木壳基本假设  40-41
    4.2.2 力学模型建立  41-42
    4.2.3 木壳层数选择  42
    4.2.4 木壳力学分析  42-44
  4.3 木壳结构特性分析  44-46
    4.3.1 木壳粘合特性分析  44-45
    4.3.2 复合结构强度机理  45
    4.3.3 复合材料选择原则  45-46
  4.4 木壳的表面处理方法  46-48
    4.4.1 木壳表面涂饰材料的确定  46-47
    4.4.2 表面接缝的处理  47
    4.4.3 影响表面质量的原因分析  47-48
  4.5 本章小结  48-49
5 林间代步机器人的运动仿真及造型设计  49-59
  5.1 Pro/ENGINEER机构运动仿真概述  49
  5.2 林间代步机器人机构运动仿真分析  49-55
    5.2.1 Pro/E机构连接形式与装配  50-52
    5.2.2 运动仿真与分析  52-55
  5.3 林间代步机器人造型的目的  55
  5.4 林间代步机器人造型构成及设计方法  55-58
    5.4.1 机器造型设计方法  55-56
    5.4.2 机器造型形状的确定  56-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
攻读学位期间发表的学术论文  63-64
致谢  64-65

林间代步机器人的设计及木壳造型理论研究

内容摘要

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