水轮机专用修复机器人导轨误差分析与补偿研究

发布时间：2017-09-28 00:23

  本文关键词：水轮机专用修复机器人导轨误差分析与补偿研究

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【摘要】：我国水力发电规模日渐壮大,每年都有大量的水轮机需要检修,水轮机修复过程工作空间狭小、工作量大、环境恶劣,传统的人工修复已经不能达到水轮机修复工作的精度和效率,国内外学者虽然研制了几款水轮机坑内修复机器人,但是实际修复效果与预设精度存在误差,修复误差严重影响了水轮机的工作效率。课题组与云南澜沧江水电集团漫湾水电厂合作,旨在研究导轨式水轮机修复机器人误差存在的原因,并对误差进行补偿,以满足水轮机修复工作的精度要求。本文就水轮机专用修复机器人导轨误差和补偿做了以下研究:首先,本文对修复机器人进行了运动学分析。基于D-H法建立了机器人的正逆运动学模型,并利用MATLAB验证了正逆运动学模型的正确性;规划了机器人的打磨路径,将得到的运动参数导入修复机器人虚拟模型中,在ADAMS中模拟了水轮机打磨作业的运动学过程,为进一步的导轨误差分析打下基础。然后,分析了柔性导轨变形对机器人打磨精度的影响。研究了柔性体建模理论,建立了柔性导轨误差模型,由于误差模型的数值计算方法计算量大、效率低,采用ADAMS+ANSYS的刚柔耦合仿真方法分析了柔性导轨变形对机器人末端位置精度的影响,并具体分析了作业工具重力和导轨的厚度对柔性导轨机器人末端误差大小的影响。最后,对修复机器人末端位置误差进行了补偿研究。建立了机器人末端位置误差模型,分析了机器人位姿补偿方法,以摄动误差补偿算法编写了MATLAB控制子程序,并对机器人末端轨迹跟踪控制进行了研究,编写了基于分解控制律的机器臂PD控制子程序,利用MATLAB+ADAMS建立水轮机修复机器人的联合控制模型,对机器人位姿补偿控制效果进行了仿真验证。研究结果表明:导轨的柔性变形引起了水轮机修复机器人的位置误差,并且机器人末端的作用力越大,柔性导轨引起的机器人位置误差就越大,同时导轨的厚度也会对机器人位置误差的大小产生影响。通过摄动误差补偿法优化机器人控制程序,能够有效的降低修复机器人的位置误差,也能减少机器人进入稳定工作状态的时间。
【关键词】：水轮机修复机器人 运动学 联合仿真 误差补偿
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 论文研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外水轮机修复机器人设计方案11-15
• 1.2.1 无轨道式水轮机修复机器人11-12
• 1.2.2 双导轨式水轮机修复机器人12-13
• 1.2.3 单导轨式水轮机修复机器人13-14
• 1.2.4 设计方案分析14-15
• 1.3 国内外机器人位姿补偿研究现状15-16
• 1.4 主要研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-19
• 2 修复机器人运动学分析19-37
• 2.1 机器人位姿的表示19-21
• 2.1.1 机器人位置的描述19-20
• 2.1.2 机器人坐标系变换的表示20-21
• 2.2 修复机器人的D-H法建模21-24
• 2.3 修复机器人正运动学分析24-27
• 2.4 修复机器人逆运动学分析27-32
• 2.5 修复机器人打磨轨迹的规划32-35
• 2.6 本章小结35-37
• 3 刚性导轨修复机器人系统研究37-53
• 3.1 ADAMS功能介绍37-40
• 3.1.1 ADAMS约束类型及主要工作模块37-38
• 3.1.2 ADAMS虚拟样机的仿真步骤38-40
• 3.2 刚性导轨机器人系统虚拟模型仿真40-45
• 3.2.1 机器人系统虚拟模型的设计40-41
• 3.2.2 添加机器人系统中的约束和驱动41-43
• 3.2.3 机器人末端作用力的施加43-45
• 3.3 机器人系统的运动学仿真结果分析45-47
• 3.4 打磨力和力矩对导轨所受力矩的影响分析47-49
• 3.5 不同作用力对导轨所受力矩的影响分析49-50
• 3.6 作业工具重力大小对导轨所受力矩的影响分析50-51
• 3.7 本章小结51-53
• 4 柔性导轨机器人末端位置误差分析53-67
• 4.1 柔性体建模方法研究53-56
• 4.2 柔性导轨机器人系统误差模型56-58
• 4.3 柔性导轨机器人系统误差仿真模型58-60
• 4.4 柔性导轨机器人末端误差分析60-62
• 4.5 作业工具重力大小对误差的影响分析62-64
• 4.6 导轨厚度对误差的影响分析64-66
• 4.7 本章小结66-67
• 5 机器人末端位置误差补偿研究67-81
• 5.1 机器人位置误差建模67-69
• 5.2 机器人位置误差补偿69-71
• 5.3 基于分解控制律的机械臂PD控制研究71-72
• 5.4 机器人联合控制系统仿真72-77
• 5.4.1 机械子系统的建立73-76
• 5.4.2 机器人控制系统的建立76-77
• 5.5 补偿控制结果分析77-79
• 5.6 本章小结79-81
• 6 总结与展望81-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89-91
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果91

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