水下焊接机器人内载多关节机械臂设计与分析
发布时间：2021-10-26 18:20
随着核能的发展,核电站的建设,核泄漏等安全事故越来越受到人们的关注与重视。其中,乏燃料池和换料水池泄漏是典型的核电事故。而传统人工检修方式耗时耗力,所以研发一款用于水下检修的机器人具有重要意义。本课题结合项目实际需求,研发一款搭载于框架式水下ROV的轻型多自由度焊接机械臂。首先分析了水下焊接工艺、搭载空间和作业空间,确定了机械臂的五自由度构型以及臂杆尺寸参数。采用泛塞封作为电机输出轴处的动密封,采用铝合金作为机械臂主体材料,并考虑流固耦合影响,完成了电机的选型和整体结构的设计。利用ANSYS完成了机械臂关键部件的拓扑优化设计,在保证构件强度与刚度的基础上,达到减轻质量的目的,并在SolidWorks中完成了机械臂的三维建模。其次,基于D-H方法,完成了机械臂运动学的建模与仿真,为运动控制部分奠定了基础。完成了对水下焊接机械臂的误差建模与分析,合理分配关节加工制造精度,并采用多关节补偿法对拟定误差进行修正。完成了机械臂空间焊接轨迹的理论推导,为实验部分提供了理论依据。然后,基于拉格朗日法完成了动力学方程建模,基于默尔森法完成了水动力分析,通过adams仿真对比了地面和水下这两种情况下的控...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
福岛核电站4号机组乏燃料池
巧作业”（2013CB035502），国家自然科学基金项目：核电站水池水下机器人设计及其运动控制研究（项目编号：61673138）。1.1.2 研究目的和意义随着社会不断发展，自然资源日益减少，当今主流正在开发利用或积极研究新能源。其中，核能以其洁净、高效和安全的特点，正逐步得到重视和发展[1]。虽然核电是一种相对安全的能源，但其一但发生核泄漏事故，将会对环境造成不可逆的破坏。按照人类现有的技术，尚且无法完全解决这一难题，这也是核能的致命弱点。在人类文明进程上所发生的核电站事故中，比较典型的事故是乏燃料池的泄漏。为了避免事故的发生，就需要对核电站设备进行定期检修和补救。而在这个过程中，对于换料水池和乏燃料池的作业又是世界性难题[2]。2011年日本福岛核事故的原由就是水池泄漏，如图 1-1 所示[3]。2010 年我国的大亚湾核电站 2 号机组也发生过换料水池泄漏的事件，如图 1-2 所示。以上事件都给我们敲响了核电站生产安全的警钟。
图 1-3 MARIS7080 的水下电动机械手 图 1-4 法国 EAC 公司四自由度机械美国 sea Botix 公司研制 LBV 150SE2，如图 1-5 所示，质量为 10.安装有两个前后、一个上下和一个侧向推进器。静水最大航速为 1.41m工作在 1.03m/s 流速的环境下。潜水最大深度为 150m，配备扫描声纳和摄像头。LBV 水下无人遥控机器人具有坚固、耐用、体积轻巧、转动灵操作使用简单方便、质量可靠等优点。配备工业型摇杆和防水键盘来对人的平移和转动进行控制，并可以调整摄像头焦距，还配备了一个简单械臂用于抓取物品[9]。加拿大 Inuktun Services 公司的 ROV Seamor 遥控潜水器，如图 1-6 其最大下潜深度为 50m，艇身尺寸 355mm×355mm×472mm。该潜水器气中质量为 16kg。配备具有四个矢量推进器，来实现其在水下的自由运它的“脐带”电缆长为 150m，并一个简单的抓取机械手。用于船底检水下摄像、看护潜水和堤坝检修等工作场合[10]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS Workbench的顶驱提环侧连接板的拓扑优化设计[J]. 楚飞,雷宇,高瀚,程腾飞,王洋绅,赵春晖,于川. 机械设计与研究. 2019(01)
[2]桁架机械手伺服电机选型[J]. 胡宪委. 自动化应用. 2018(02)
[3]有缆遥控水下机器人的研究与发展趋势[J]. 凌宏杰,曾庆军,姚震球. 中外船舶科技. 2018(01)
[4]自主/遥控水下机器人研究现状[J]. 李一平,李硕,张艾群. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(02)
[5]深海5功能水下电动机械手设计及误差分析[J]. 张奇峰,范云龙,张竺英. 机械设计与制造. 2015(04)
[6]核电站泄漏事故危害、处置方法及防护[J]. 刘建国. 消防技术与产品信息. 2014(08)
[7]多功能水下智能检查机器人通过鉴定[J]. 传感器世界. 2012(12)
[8]水下机器人发展趋势[J]. 徐玉如,李彭超. 自然杂志. 2011(03)
[9]热缩管在水下机器人接插件密封中的应用[J]. 李喜斌,李秀坤,宋福元. 黑龙江水专学报. 2001(04)
[10]电动、气动和液压三类伺服机构快速性的比较[J]. 高新绪. 航空兵器. 1995(01)
博士论文
[1]面向核电水池作业的水下机器人及其动力学特性研究[D]. 李战东.哈尔滨工业大学 2018
[2]核反应堆水下异物打捞机器人系统分析与实验研究[D]. 黄晓辰.河北工业大学 2016
[3]中国新能源产业发展政策研究[D]. 张宪昌.中共中央党校 2014
硕士论文
[1]六自由度水下机械臂系统设计及试验[D]. 郭锐.哈尔滨工程大学 2018
[2]基于液压驱动的ROV水下作业仿真研究[D]. 张润博.哈尔滨工程大学 2016
[3]主从水下机械臂控制系统设计[D]. 王泽鹏.哈尔滨工程大学 2016
[4]局部干法水下焊接工艺及焊缝质量研究[D]. 陈建平.南昌大学 2013
[5]E40钢药芯焊丝水下湿法焊接工艺研究[D]. 刘一搏.哈尔滨工业大学 2012
[6]水下磁吸附式轮履焊接机器人原理样机研究[D]. 喻强.南昌大学 2007
本文编号：3459981
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
福岛核电站4号机组乏燃料池
巧作业”（2013CB035502），国家自然科学基金项目：核电站水池水下机器人设计及其运动控制研究（项目编号：61673138）。1.1.2 研究目的和意义随着社会不断发展，自然资源日益减少，当今主流正在开发利用或积极研究新能源。其中，核能以其洁净、高效和安全的特点，正逐步得到重视和发展[1]。虽然核电是一种相对安全的能源，但其一但发生核泄漏事故，将会对环境造成不可逆的破坏。按照人类现有的技术，尚且无法完全解决这一难题，这也是核能的致命弱点。在人类文明进程上所发生的核电站事故中，比较典型的事故是乏燃料池的泄漏。为了避免事故的发生，就需要对核电站设备进行定期检修和补救。而在这个过程中，对于换料水池和乏燃料池的作业又是世界性难题[2]。2011年日本福岛核事故的原由就是水池泄漏，如图 1-1 所示[3]。2010 年我国的大亚湾核电站 2 号机组也发生过换料水池泄漏的事件，如图 1-2 所示。以上事件都给我们敲响了核电站生产安全的警钟。
图 1-3 MARIS7080 的水下电动机械手 图 1-4 法国 EAC 公司四自由度机械美国 sea Botix 公司研制 LBV 150SE2，如图 1-5 所示，质量为 10.安装有两个前后、一个上下和一个侧向推进器。静水最大航速为 1.41m工作在 1.03m/s 流速的环境下。潜水最大深度为 150m，配备扫描声纳和摄像头。LBV 水下无人遥控机器人具有坚固、耐用、体积轻巧、转动灵操作使用简单方便、质量可靠等优点。配备工业型摇杆和防水键盘来对人的平移和转动进行控制，并可以调整摄像头焦距，还配备了一个简单械臂用于抓取物品[9]。加拿大 Inuktun Services 公司的 ROV Seamor 遥控潜水器，如图 1-6 其最大下潜深度为 50m，艇身尺寸 355mm×355mm×472mm。该潜水器气中质量为 16kg。配备具有四个矢量推进器，来实现其在水下的自由运它的“脐带”电缆长为 150m，并一个简单的抓取机械手。用于船底检水下摄像、看护潜水和堤坝检修等工作场合[10]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS Workbench的顶驱提环侧连接板的拓扑优化设计[J]. 楚飞,雷宇,高瀚,程腾飞,王洋绅,赵春晖,于川. 机械设计与研究. 2019(01)
[2]桁架机械手伺服电机选型[J]. 胡宪委. 自动化应用. 2018(02)
[3]有缆遥控水下机器人的研究与发展趋势[J]. 凌宏杰,曾庆军,姚震球. 中外船舶科技. 2018(01)
[4]自主/遥控水下机器人研究现状[J]. 李一平,李硕,张艾群. 工程研究-跨学科视野中的工程. 2016(02)
[5]深海5功能水下电动机械手设计及误差分析[J]. 张奇峰,范云龙,张竺英. 机械设计与制造. 2015(04)
[6]核电站泄漏事故危害、处置方法及防护[J]. 刘建国. 消防技术与产品信息. 2014(08)
[7]多功能水下智能检查机器人通过鉴定[J]. 传感器世界. 2012(12)
[8]水下机器人发展趋势[J]. 徐玉如,李彭超. 自然杂志. 2011(03)
[9]热缩管在水下机器人接插件密封中的应用[J]. 李喜斌,李秀坤,宋福元. 黑龙江水专学报. 2001(04)
[10]电动、气动和液压三类伺服机构快速性的比较[J]. 高新绪. 航空兵器. 1995(01)
博士论文
[1]面向核电水池作业的水下机器人及其动力学特性研究[D]. 李战东.哈尔滨工业大学 2018
[2]核反应堆水下异物打捞机器人系统分析与实验研究[D]. 黄晓辰.河北工业大学 2016
[3]中国新能源产业发展政策研究[D]. 张宪昌.中共中央党校 2014
硕士论文
[1]六自由度水下机械臂系统设计及试验[D]. 郭锐.哈尔滨工程大学 2018
[2]基于液压驱动的ROV水下作业仿真研究[D]. 张润博.哈尔滨工程大学 2016
[3]主从水下机械臂控制系统设计[D]. 王泽鹏.哈尔滨工程大学 2016
[4]局部干法水下焊接工艺及焊缝质量研究[D]. 陈建平.南昌大学 2013
[5]E40钢药芯焊丝水下湿法焊接工艺研究[D]. 刘一搏.哈尔滨工业大学 2012
[6]水下磁吸附式轮履焊接机器人原理样机研究[D]. 喻强.南昌大学 2007
本文编号：3459981
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