索杆混联结构风电叶片表面扫描机器人的设计与分析

发布时间：2021-04-22 22:05

　　本文针对现有的风电叶片无损检测装置纯刚性连杆结构存在的一些不足,设计了一种新型索杆混联驱动的叶片表面扫描机器人,使得机构末端的运动更加灵活,搭载便携式超声检测设备,在保证精度的同时降低了装备整体的成本。主要研究内容如下:首先,根据无损检测技术方面的相关理论,分析了现有检测装置的构成和检测方式,结合绳牵引技术,提出一种新型的叶片扫描机器人。用Solidworks建模软件完成机构的整体模型设计,分别介绍了零部件的构成和工作过程,并对关键的绳索驱动装置以及行走驱动机构做了结构优化设计;对检测平台末端执行器的自由度进行了计算和分析,初步证明了其可行性。其次,对扫描机器人检测平台的运动学进行了分析。建立坐标系、确定机构参数,分别用运动矢量分析法以及Newton-Raphson迭代法求解了正反解模型,并通过具体数值计算验证了上述两种方法的正确性;通过几何法推导出系统的速度雅克比矩阵;在MATLAB中绘制出各驱动支链在末端运动过程中速度与加速度变化曲线图,证明了机器人在工作过程中是稳定连续的状态。再次,对检测平台进行了静力学分析。通过动平台受力平衡列出静力学方程,得到系统的力雅克比矩阵,由方程满足矢... 

【文章来源】：河北大学河北省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 无损检测技术简介
    1.3 叶片无损检测设备国内外的研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 绳牵引并联机器人的研究现状
    1.5 索杆混联机器人的研究现状
    1.6 本文主要内容
第2章 索杆混联结构风电叶片扫描机器人的结构设计
    2.1 扫描机器人的结构设计
        2.1.1 机构构型
        2.1.2 机构模型的建立
    2.2 索杆式风电叶片检测平台的自由度分析
    2.3 机构的检测方法以及工作过程
    2.4 本章小结
第3章 索杆混联驱动并联平台的运动学分析
    3.1 平台坐标系的建立以及机构参数
        3.1.1 平台坐标系的建立
        3.1.2 索杆式检测平台的机构参数
    3.2 索杆式风电叶片检测平台的位置反解
        3.2.1 刚体的位姿变换描述
        3.2.2 检测平台的位置反解模型
    3.3 检测平台的位置正解
        3.3.1 Newton-Raphson迭代法
        3.3.2 索杆式平台的正解模型
    3.4 索杆式平台的正反解模型计算及验证
    3.5 索杆式检测平台的速度与加速度分析
        3.5.1 索杆式检测平台的速度分析
        3.5.2 索杆式检测平台的加速度分析
        3.5.3 索杆式检测平台的运动学仿真
    3.6 本章小结
第4章 索杆混联驱动并联平台的力学分析
    4.1 索杆混联平台的静力学方程
    4.2 虚位移原理
    4.3 支链驱动力算例仿真分析
        4.3.1 动平台运动过程中的算例仿真
        4.3.2 动平台位姿确定时的算例仿真
    4.4 基于力雅克比矩阵的奇异位形分析
        4.4.1 奇异位形的分类以及求解方法
        4.4.2 索杆式检测平台的奇异位形分析
    4.5 本章小结
第5章 索杆混联驱动并联平台的工作空间
    5.1 工作空间的分类
    5.2 工作空间的约束条件
    5.3 工作空间的求解
        5.3.1 工作空间的边界搜索法
        5.3.2 具体算例分析
    5.4 本章小结
第6章 总结和展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表论文情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进型BP神经网络的并联机构位置正解研究[J]. 高刚毅,姜全新,陈畅子.  机床与液压. 2017(21)
[2]一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究[J]. 韦慧玲,仇原鹰,盛英.  振动与冲击. 2017(09)
[3]基于遗传算法的三平动3-PRRRR并联机器人正解位形的研究与仿真[J]. 石梦蕊,赵新华.  天津理工大学学报. 2017(02)
[4]基于工作空间密度函数的平面冗余机器人的逆运动学求解算法[J]. 东辉,杜志江.  机械工程学报. 2015(17)
[5]2050年中国能源消费的情景预测[J]. 沈镭,刘立涛,王礼茂,陈枫楠,张超,沈明,钟帅.  自然资源学报. 2015(03)
[6]四足仿生机器人混联腿构型设计及比较[J]. 田兴华,高峰,陈先宝,齐臣坤.  机械工程学报. 2013(06)
[7]机器人工作空间求解的蒙特卡洛法改进[J]. 刘志忠,柳洪义,罗忠,张秀珩.  农业机械学报. 2013(01)
[8]一种新型多轴振动台雅克比矩阵的解算[J]. 许哲,郑淑涛,韩俊伟,丛大成.  机床与液压. 2012(07)
[9]大型风电叶片缺陷及其无损检测技术研究[J]. 羊森林,赵萍,王锋,曹洪兵.  东方汽轮机. 2012(01)
[10]风力发电系统技术的发展综述[J]. 程启明,程尹曼,王映斐,汪明媚.  自动化仪表. 2012(01)

硕士论文
[1]刚柔混联下肢康复机器人绳索力优化及柔顺性控制研究[D]. 张松.哈尔滨工程大学 2016
[2]基于牛顿—拉夫逊算法的汝城县电网优化设计[D]. 宋国华.大连理工大学 2015
[3]六自由度Stewart平台运动学分析与优化[D]. 杨泽国.中国地质大学(北京) 2015
[4]免换装绳牵引卡轨式轨道运输关键技术研究[D]. 侯效华.太原理工大学 2010
[5]MOTOMAN机器人轨迹规划和控制系统的研究与设计[D]. 王晓丽.西安科技大学 2009



本文编号：3154548