机械臂设计论文提纲

论文题目：CFETR包层维护机械臂设计与分析研究

摘要：聚变堆内部环境存在强辐射、高污染、高毒性,需要借助遥操作技术代替人完成维护工作。遥操作系统已经发展成为未来聚变堆一个必不可少的子系统。针对未来中国聚变工程试验堆装置,其包层维护方案采用整体维护设计,需要上部的吊装机构和下部的多功能转运平台协同完成包层的转运。在转运之前,包层底部和真空室支撑是通过锁紧轴销连接在一起,因此需要开发一套用于包层底部锁紧轴销拆装的多功能维护机械臂系统。针对中国未来聚变堆包层底部锁紧轴销的拆装问题,在充分调研国内外托卡马克装置包层模块维护方案设计现状的基础上,设计出了能够拆装锁紧轴销的多功能机械臂的具体结构,并分析了其可行性;解决了冗余设计、狭小运动空间条件下聚变堆包层底部维护机械臂结构设计、运动学、动力学分析及其仿真验证问题。具体工作内容如下,1、通过调研国内外聚变堆当前包层维护的设计方案,分析未来中国聚变工程试验堆包层底部具体的空间尺寸,比较多种结构形式的机械臂,设计出了三种不同结构的机械臂,对比三种结构的优缺点,最终选择最合适的关节型坐标结构。结合包层的维护实际工况需求,对机械臂底部增加移动自由度设计;在此基础上,设计了机械臂的末端执行器、执行器作用对象以及其它相关部件;并基于有限元软件对机械臂结构强度进行了有限元分析,验证了结构的可靠性。2、通过解析法求解出了机械臂的运动学正、逆解和雅可比矩阵,并基于编程软件编程验证了正、逆解的正确性;然后利用运动学的正解,采用蒙特卡洛法得到了机械臂能够到达的工作空间,与包层实际维护空间进行对比,结果满足要求。3、通过拉格朗日法建立了机械臂的动力学模型并求解了动力学方程;基于动力学分析软件对机械臂进行动力学仿真分析,得出机械臂各关节的力和力矩变化曲线,为电机和减速机的选型提供了理论指导,并为未来机械臂的加工制造积累了技术经验。

关键词：中国聚变工程试验堆;包层;维护机械臂;结构设计;运动学;动力学

学科专业：机械工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究来源、背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题背景

1.2 国内外研究动态

1.2.1 ITER包层维护现状

1.2.2 DEMO包层维护现状

1.2.3 CFETR包层维护现状

1.3 存在的问题

1.4 研究内容及章节安排

1.5 本章小结

2 维护机械臂设计

2.1 引言

2.2 机器人本体设计

2.2.1 关键技术指标

2.2.2 机械臂总体构型分析

2.2.3 机器人部件设计

2.2.4 驱动系统选型

2.3 机械臂有限元分析

2.4 本章小结

3 机械臂运动学分析

3.1 运动学概述

3.2 刚体位姿描述

3.2.1 D-H参数法

3.2.2 机械臂运动学模型

3.3 机械臂正运动学求解

3.4 机械臂逆运动学求解

3.4.1 求解过程

3.5 机械臂雅可比矩阵

3.5.1 微分运动与雅可比矩阵

3.5.2 求解雅可比矩阵

3.6 运动学MATLAB仿真分析

3.6.1 验证正运动学

3.6.2 验证逆运动学

3.6.3 工作空间分析

3.7 本章小结

4 机械臂动力学分析

4.1 动力学概述

4.2 动力学方程的建立

4.2.1 动力学分析方法

4.2.2 拉格朗日法

4.2.3 连杆上任意点的速度

4.2.4 系统的动能

4.2.5 系统的势能

4.2.6 拉格朗日方程

4.2.7 动力学方程

4.3 基于ADAMS的动力学仿真

4.3.1 仿真的前处理

4.3.2 仿真的结果分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 创新点

5.3 研究展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果