战斗部自动装药装置设计及关键技术研究

摘要

战斗部是导弹毁伤目标或完成即定战斗任务的重要组成部分，通常由壳体、填充物和传爆系列等组成，它们可以通过有效的装配手段保证精度，满足质量要求。填充物具有易燃易爆特性，装配过程具有极大的危险性。传统战斗部的装配是由人工来完成的，不仅效率低下而且质量也不能得到保证，更重要的是面对着易燃易爆的弹药对人身安全带来了巨大的威胁。现有战斗部生产工艺很难兼容多种型号产品在同一区域生产，对我国军事需求的快速响应能力差。因此需要构建一套战斗部自动装药装置，并满足战斗部装配的平稳性、可靠性、高精度和兼容多种型号产品的要求。本文的主要研究内容包括: (1)总结了弹药生产技术的国内外研究现状，提出了战斗部智能装配系统并对其进行构建，同时对智能装配系统的各个组成部分进行概述。主要对战斗部自动装药装置的执行机构和柔性工装的结构组成及其工作原理进行详细设计，其中战斗部自动装药装置是战斗部智能装配系统中的一个重要组成部分，主要完成大口径战斗部的装配。 (2)以战斗部装药机器人的Y向横梁为研究对象，ANSYS Workbench有限元分析软件为工具，利用多目标优化算法对横梁截面进行参数优化设计，采用变密度法对横梁加强筋进行拓扑优化设计，确保其结构满足刚度要求的同时质量最小。 (3)对重要部件进行动态特性分析，得到药块装填机器人的固有振动特性以及工作状态下的结构变形与振动偏移情况。提出一种刚体和柔性体相互耦合的多体系统动力学建模方法，应用Ansys和Adams软件对其联合仿真。并采用刚柔耦合的药块装填机器人模拟装药过程的运动学和动力学性能。 (4)提出了一种针对战斗部装药的视觉定位方案，创造性的建立了“两角点法”双目视觉检测的误差数学模型，并分析了该定位系统的结构参数对测量精度的影响。采用MATLAB软件对其进行仿真分析，得到最优的结构参数取值范围，并建立实验平台对理论分析的结果进行了实验验证。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的来源研究目的及意义

1．1．1课题的提出背景

1．1．2课题来源

1．1．3课题研究目的

1．1．4理论意义

1．1．5实际应用价值

1．2战斗部装药相关研究综述

1．2．1弹药生产技术及装备国内发展现状及动态

1．2．2弹药生产技术及装备国外发展现状及动态

1．2．3国内外研究现状分析

1．3本文的主要研究内容及章节安排

第2章战斗部自动装药装置总体方案设计

2．1引言

2．2战斗部智能装配系统概述

2．3战斗部自动装药装置设计构思

2．4装药装置重要单元的结构设计

2．4．1装药装置技术要求与指标

2．4．2装配执行机构设计及计算

2．4．3柔性工装结构设计

2．5战斗部自动装药装置总体设计

2．6本章小结

第3章基于ANSYS Workbench的装药横梁结构优化设计

3．1引言

3．2装药装置Y向横梁的工况设置

3．2．1载荷工况

3．2．2横梁负载设置

3．3横梁构型优化

3．3．1横梁初始结构设计

3．3．2构型选择分析

3．3．3优化结果分析

3．4横梁截面优化设计

3．4．1建立参数化几何模型

3．4．2数学模型建立

3．4．3优化前预处理

3．4．4参数选择

3．4．5启动优化和结果分析

3．5横梁结构拓扑优化设计

3．5．1结构拓扑优化介绍

3．5．2变密度拓扑优化概述

3．5．3拓扑优化设计

3．6优化后的横梁的刚度和强度分析

3．7本章小结

第4章装药装置动态特性分析及运动仿真

4．1引言

4．2装药装置的动态特性分析

4．2．1模态分析的理论及步骤

4．2．2药块装填机器人底架模态分析

4．2．3药块装填机器人整机模态分析

4．2．4改进前后的模态分析

4．3基于刚柔耦合建模的战斗部装药装置动力学仿真分析

4．3．1多体动力学理论基础

4．3．2基于刚柔耦合的多体系统动力学方程建立

4．3．3基于ANSYS和ADAMS的刚柔耦合模型构建

4．3．4刚柔耦合系统运动学仿真

4．4战斗部装药工况仿真

4．4．1工况概述及动载荷分析

4．4．2 Z轴最大应力分析

4．4．3 Z轴导轨滑块动载荷校核

4．5本章小结

第5章基于双目视觉的药块定位精度分析及结构参数优化

5．2纠偏视觉测量方法选取

5．3视觉定位系统的精度分析及方案设计

5．3．1视觉定位系统的精度分析

5．3．2视觉定位系统的方案设计

5．3．3药块纠偏视觉测量系统坐标建立

5．4药块纠偏双目视觉测量系统结构参数优化

5．4．1角点坐标提取方法

5．4．2双目视觉系统构成

5．4．3坐标测量误差分析

5．4．4精度分析及仿真

5．5实验分析及视觉传感器的选择原则

5．5．1结构参数实验分析

5．5．2视觉传感器的选择原则

5．6本章小结

第6章总结与展望

6．1总结

6．2后续研究工作展望

参考文献

致谢

附录