大口径反射镜抓取工装研制与洁净精密装配实验

发布时间：2017-09-01 04:39

  本文关键词：大口径反射镜抓取工装研制与洁净精密装配实验

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【摘要】：高能量固体激光装置光路中包括了成千上万的各类光学元件,这些光学元件的高效洁净精密装配是保证固体激光装置良好运行的必要条件,目前我国大口径反射镜的装配主要采用抓钩吊装,人工辅助的方法,洁净度低、劳动强度大,已经不能满足大量大口径反射镜的装配需求。本文深入研究大口径反射镜装配的技术特点,研制了一套大口径反射镜专用抓取工装,并对大口径反射镜的装配工艺进行研究和实验验证。根据大口径反射镜装配的实际工作条件和技术原理,提出抓取工装的设计指标,设计了阵列式吸盘的真空抓手、边缘密封结构的真空抓手和边缘排布式吸盘的真空抓手三种方案,并对三种方案进行分析,对边缘排布式吸盘的真空抓手进行了详细的结构设计和关键零件的静力学仿真分析,并完成样机的加工制造。建立大口径反射镜的有限元模型,计算抓取工装夹持后大口径反射镜的PV值和RMS值,得出此抓取工装夹持后大口径反射镜面型变化能够满足设计要求。运用D-H参数法建立KUKA KR 210机器人的运动学方程,设计大口径反射镜的装配轨迹的关键插值点,并求出相应的运动学逆解,运用三次样条函数对机器人的各个关节进行轨迹规划,然后完成大口径反射镜的装配轨迹规划。建立了KUKA KR 210机器人的有限元模型,进行机器人的结构静力学分析,对机器人的初始零位位姿和最危险位姿进行模态分析,以防止发生共振从而影响机器人末端执行器的装配运动精度。对抓取工装的可靠性进行实验验证,在机器人以其最大速度运动时,能够保证对大口径反射镜抓取的安全性和可靠性。通过对与光学元件直接接触的真空吸盘的洁净性能进行实验验证,得出NBR材质的真空吸盘能够满足大口径反射镜的洁净性能要求。对大口径反射镜的装配轨迹进行实验验证,本文研究的装配技术能够完成大口径反射镜的装配,测量出KUKA KR 210工业机器人的重复定位精度为±0.03mm,能够满足大口径反射镜装配精度要求。对工业机器人的刚度进行标定,通过实验辨识出机器人各个关节的刚度,为大口径反射镜精密装配技术的工程应用打下坚实的理论和技术基础。
【关键词】：大口径反射镜 真空吸附 抓取工装 洁净 装配工艺
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的目的和意义9-12
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究的目的和意义9-12
• 1.2 国内外在该领域的研究现状和分析12-15
• 1.2.1 大口径光学元件装配技术的研究现状12-14
• 1.2.2 光学元件洁净技术的研究现状14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 大口径反射镜抓取工装的结构设计与仿真分析17-36
• 2.1 大口径反射镜抓取工装的工作条件和装配技术特点分析17-18
• 2.1.1 大口径反射镜抓取工装的工作现场条件分析17
• 2.1.2 大口径反射镜装配的技术特点分析17-18
• 2.2 大口径反射镜抓取工装的总体方案设计18-22
• 2.2.1 大口径反射镜抓取工装的设计指标19
• 2.2.2 大口径反射镜抓取工装的总体方案设计与分析19-22
• 2.3 大口径反射镜抓取工装的零部件结构设计22-30
• 2.3.1 真空吸附抓取的理论吸附力计算22-24
• 2.3.2 真空吸盘与吸盘安装组件设计24-27
• 2.3.3 真空产生装置与保护气缸设计27-28
• 2.3.4 支撑和连接部件设计28-30
• 2.4 大口径反射镜抓取工装的气动系统设计30-32
• 2.5 有限元分析32-35
• 2.5.1 大口径反射镜面型仿真分析32-34
• 2.5.2 大口径反射镜抓取工装关键零件的静力学分析34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第3章 大口径反射镜装配操作装置分析36-51
• 3.1 KR 210机器人的运动学分析36-39
• 3.1.1 KR 210机器人的运动学方程的建立36-38
• 3.1.2 KR 210机器人工作空间分析38-39
• 3.2 KR 210机器人装配作业轨迹规划39-44
• 3.3 KR 210机器人的静力学分析44-46
• 3.3.1 机器人初始零位位姿下的静力学分析44-45
• 3.3.2 机器人水平伸展位姿下的静力学分析45-46
• 3.4 连接抓取工装的机器人模态分析46-50
• 3.4.1 模态分析的理论基础46-47
• 3.4.2 初始零位位姿下的模态分析47-48
• 3.4.3 水平伸展位姿下的模态分析48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 大口径反射镜洁净装配技术相关实验研究51-68
• 4.1 抓取工装的可靠性和运动包线实验51-53
• 4.1.1 实验目的与实验装置51
• 4.1.2 实验原理与实验步骤51-53
• 4.1.3 实验结论53
• 4.2 大口径反射镜装配轨迹规划实验53-57
• 4.2.1 实验目的与实验装置53-54
• 4.2.2 实验原理与实验步骤54-56
• 4.2.3 实验数据处理与分析56-57
• 4.2.4 实验结论57
• 4.3 真空吸盘材质洁净性能实验57-62
• 4.3.1 实验原理57-58
• 4.3.2 实验设备和实验步骤58-60
• 4.3.3 实验现象分析与结论60-62
• 4.4 开环机械臂的刚度标定实验62-66
• 4.4.1 实验原理62-65
• 4.4.2 实验步骤与实验数据处理65-66
• 4.5 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-75
• 致谢75

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