破拆机器人臂架动态建模与电液驱动系统研究

摘要

破拆机器人作为工业机器人的一种，广泛用在建筑施工、易燃易爆环境和抢险救灾等领域。它可以根据工作性质的不同工作机具可更换成铲斗、破碎器、液压剪等，所以臂架结构较复杂。目前国外在研制破拆机器人处于领先地位，国内研制破拆机器人起步较晚，在臂架和电液驱动系统的设计和研究都处于落后状态。本文通过对现有破拆机器人的臂架进行分析，以挖掘机的臂架为模型，建立了破拆机器人臂架的三维模型，并对装有铲斗机具的臂架进行动态分析以及对破拆机器人的电液系统进行了设计和研究分析。具体内容如下:
　　 建立了破拆机器人的运动学方程和动力学方程，得出各臂铰接点的位置、速度、加速度及各臂的驱动力矩和各个油缸驱动力与各臂转角之间关系的理论表达式。在装有铲斗工作装置情况下，对铲斗油缸和二臂油缸的理论挖掘力、大臂的提升力，各个臂的机构几何关系进行了分析。最后对铲斗的挖掘阻力和二臂的挖掘阻力进行了分析。
　　 联合PRO/E和ADAMS建立了破拆机器人臂架的虚拟模型，并在ADAMS中对臂架运动进行包络分析，以及在常用的三种挖掘工况下各个油缸的受力和铰接点受力进行了动态分析。最后运用ADAMS对臂架的铰接点进行了优化。
　　 分析和研究了现有的多泵系统、单泵系统、串联回路和并联回路、负流量和正流量控制、负载敏感泵、LUDV系统和常用的基本回路，最终设计出破拆机器人的电液驱动系统。
　　 在AMESIM中建立了负载敏感泵、SX12阀以及由它们构成的LUDV系统的仿真模型。然后对负载敏感泵的恒功率控制、恒压控制以及恒流控制进行了分析研究。SX12阀在阀开口相同不同负载情况、负载不变阀开口变化的情况进行了研究分析。并对LUDV系统进行了分析，包括:负载相同，节流阀开口变化;节流阀开口相同，负载不同两种情况。驱动系统

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 破拆机器人国内外研究现状和发展趋势

1．1．1 国外发展现状

1．1．2 国内发展现状

1．1．3 技术特点

1．2 电液比例技术

1．2．1 电液比例技术发展

1．2．2 电液比例技术性能

1．3 本课题研究的目的和意义

1．4 本文研究内容和研究方法

第2章 破拆机器人臂架运动学与动力学分析

2．1 引言

2．2 臂架运动学分析

2．3 臂架动力学分析

2．3．1 臂架动力学建模

2．3．2 臂架理论挖掘力建模及机构几何关系分析

2．3．3 挖掘阻力分析

2．4 本章小结

第3章 基于AMAMS动态分析及优化

3．1 引言

3．2 PRO／E破拆臂架模型

3．3 ADAMS虚拟样机的建立

3．3．1 模型导入

3．3．2 约束添加

3．4 运动包络分析

3．5 油缸以及铰接点受力分析

3．5．1 主挖掘区域的铲斗挖掘和提升工况

3．5．2 最低挖掘位置二臂挖掘工况分析

3．5．3 斜坡平整

3．6 臂架优化

3．6．1 臂架优化的基本思想

3．6．2 铲斗连杆机构的优化

3．6．3 二臂机构优化

3．6．4 大臂机构优化

3．6．5 结论

3．7 本章小结

第4章 破拆机器人液压系统分析研究

4．1 破拆机器人液压系统要求

4．2 破拆机器人液压设计要求

4．3 各种液压系统分析

4．4 负载敏感系统

4．5 基本回路分析

4．6 电液比例系统

4．7 本章小结

第5章 电液比例系统动态分析

5．1 恒压恒功率负载敏感泵建模

5．2 SX12多路阀分析

5．3 LUDV系统的仿真分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢