管道清灰机器人操作臂运动学及可靠性分析

摘要

针对金属冶炼厂烟气管道内的清灰作业，参考管道机器人国内外发展现状和趋势，设计一种安全可靠的管道清灰机器人，并对管道清灰机器人进行结构设计，提出了履带式管道清灰机器人的结构方案。利用三维建模软件Pro／E建立了管道清灰机器人的虚拟样机；通过ADAMS动力学仿真软件对管道清灰机器人进行运动仿真，得到了该机器人操作臂的各个关节所受的力；基于ANSYs软件对机器人的操作臂的主要受力杆件进行静力学分析，并在此基础上对操作臂的主要受力杆件进行了可靠性分析。 依据金属冶炼厂烟气管道内清灰作业的要求，提出了履带式行走和六杆操作臂的结构方案，利用三维建模软件Pro／E建立了其本体结构模型。通过机械系统动力学仿真软件ADAMS对管道清灰机器人进行了运动仿真实验，得到了管道机器人操作臂上各个关节所受的力。 以ANSYS Workbench软件为工具，对管道清灰机器人操作臂的主要受力杆件进行建模和静力分析，得出管道清灰机器人操作臂应力应变分布云图和最大变形图，通过结果观察验证了该机器人操作臂机构设计的合理性。 最后，对管道清灰机器人的操作臂，在置信度为95％的条件下，进行了可靠性分析，并从可靠性的原理，概念出发，引出ANSYS软件对可靠性分析的应用。选择蒙特卡罗法解决管道清灰机器人操作臂可靠性的问题，得出极限状态方程Z<0的概率为4.037％，即管道清灰机器人操作臂的机构可靠度为95.963％，验证了该操作臂结构设计的可行性。

目录

文摘

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论文说明:图表目录

声明

第1章绪论

1.1概述

1.1.1机器人概述

1.1.2机器人技术的概述

1.1.3机器人技术的发展现状

1.1.4管道机器人的概述

1.2本课题的研究内容

1.3课题研究目标和解决的关键性问题

第2章管道清灰机器人结构设计和三维模型的建立

2.1管道清灰机器人主要设计参数和技术指标

2.1.1管道清灰机器人工作环境

2.1.2管道清灰机器人技术要求

2.2管道清灰机器人本体结构方案

2.2.1管道清灰机器人行走系统

2.2.2管道清灰机器人操作臂

2.3管道清灰机器人本体结构三维模型的建立

2.3.1 Pro/E软件简介

2.3.2管道清灰机器人本体结构三维模型的建立

2.4本章小结

第3章管道清灰机器人操作臂运动仿真

3.1管道清灰机器人运动仿真

3.1.1 ADAMS软件介绍

3.1.2管道清灰机器人ADAMS模型建立

3.2管道清灰机器人运动仿真分析

3.2.1仿真系统参数设置

3.2.2编辑运动函数

3.2.3仿真

3.2.4仿真分析

3.3本章小结

第4章管道清灰机器人操作臂的静力分析

4.1机械结构建模与有限元分析的软件工具

4.1.1有限元分析方法

4.1.2 ANSYS软件介绍

4.1.3 ANSYS Workbench简介

4.2静力分析的基本步骤

4.3有限元模型的生成

4.3.1 Pro/E下管道清灰机器人操作臂的建模

4.3.2 ANSYS Workbench下管道清灰机器人操作臂的建模

4.4机器人操作臂的静力分析

4.4.1施加约束和载荷

4.4.2应力结果分析

4.4.3结论

4.5本章小节

第5章管道清灰机器人操作臂的可靠性分析

5.1可靠性概论

5.1.1可靠性研究发展概况

5.1.2可靠性研究的意义

5.1.3可靠性技术研究的范畴

5.1.4可靠性的分类

5.1.5可靠性分析的有限元方法

5.2结构可靠性理论的基本概念和原理

5.2.1结构的可靠性和结构的可靠度

5.2.2结构的极限状态和结构功能函数

5.2.3可靠性分析方法

5.2.4 ANSYS可靠性分析步骤

5.3管道清灰机器人操作臂的可靠性分析

5.3.1定义可靠性参数

5.3.2管道清灰机器人操作臂可靠性分析

5.3.3结果

5.4本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

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