【摘 要】
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由于我国可用资源紧张局势日益严重,核电作为一类清洁能源占领的市场份额日益变大,为提高作业效率和降低操作人员辐射伤害,迫切需要开发一批有自主产权、可以投入到应用中的核电站应用机器人。本文在国家自然科学基金（61473113）支持下,针对核电站工况下RCV滤芯更换的作业任务,借鉴国内外研究经验,设计了一台基于行星轮系的桁架机械手,并通过仿真、实验验证了其实用性。本研究的主要工作与创新性成果如下:1、根
【基金项目】
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国家自然科学基金（61473113）；
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由于我国可用资源紧张局势日益严重,核电作为一类清洁能源占领的市场份额日益变大,为提高作业效率和降低操作人员辐射伤害,迫切需要开发一批有自主产权、可以投入到应用中的核电站应用机器人。本文在国家自然科学基金（61473113）支持下,针对核电站工况下RCV滤芯更换的作业任务,借鉴国内外研究经验,设计了一台基于行星轮系的桁架机械手,并通过仿真、实验验证了其实用性。本研究的主要工作与创新性成果如下:1、根据核电站中RCV滤芯更换作业环境,结合机械手作业中需要完成功能多样的特点,设计了一台基于行星轮系的桁架机械手。对机械手主要部件构成进行了分解,并分析了其工作原理和特点。对机械手实现滤芯更换的过程进行了研究。2、对桁架机械手手爪结构铰接点及尺寸进行了分析,利用D-H法建立手爪数学模型,对手爪数学模型进行了分析,提出了一种借助结构尺寸关系对此类侧杆式手爪进行运动学、动力学分析的方法。借助Adams进行了手爪模型的运动学、动力学仿真,并对仿真曲线做了分析。考虑到手爪在运动过程中位姿存在微小变化,进行了微分运动求解,并求得其雅可比矩阵。3、对桁架机械手行星轮系拆装机构进行了动力学分析。选取了各齿轮轮齿数目,结合螺栓拧紧力矩得到了啮合作用力曲线。建立了虚拟样机模型,通过接触载荷法得到了轮齿材料的各项性能参数,借助Adams仿真获得了时变啮合力曲线。仿真曲线平均值与啮合作用力基本吻合,证明了此行星轮系拆装结构可以使螺栓达到期望预紧力。4、搭建了机械手控制系统,设计了人机交互界面,并分析了界面中各窗口的功能。制作了桁架机械手样机,并根据机械手工况参数,对机械手拆装、夹装等性能进行了实验,确定了机械手进行拆装、夹装等作业时驱动电机的极限转速和极限位置和各部分极限位置。
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