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碳碗清理机机器人系统力学分析

王利超  
【摘要】:炭碗清理机机器人是专门用于阳极炭块生产加工的特种设备,用于在复杂的环境下对阳极炭块炭碗进行无损加工,并自动回收清理下的废料。该设备可以自动适应不同型号阳极炭块炭碗的加工。该型号设备国内尚属首例,可使阳极炭块的加工完全实现自动化,不但提高了生产效率,节约大量资源,还消除了由于人工清理造成的车间环境污染。通过课题的研究加快了阳极炭块的自动化生产进程,对中国电解铝行业的快速发展有推动作用。 论文主要研究内容: (1)应用Lagrange法,动能定理、链式坐标法对机架系统进行数学建模,并进行仿真分析,将仿真结果与基于有限元软件的分析结果进行对比,验证了模型的正确性,为数学模型进一步优化结构奠定了基础; (2)在简化模型的基础上,采用多目标优化方法,实现对机架系统结构优化分析,并得出尺寸优化结果;然后分析机架系统结构,并重新设计机械结构,进一步优化机架系统,最终选出最佳优化方案; (3)通过对机器人刀具系统进行了静力学分析、模态分析和谐振响应分析,获取并验证了刀具系统的机械性能和动态特性;并通过对比分析,提出了刀具系统的改进方案,通过仿真分析,改进后的刀具在刚度、强度、抗应力集中方面优于原方案; (4)通过对机器人的工艺流程分析,分析系统的总体控制方案,设计出具有很好抗电磁干扰性能的电气控制柜,并通过试验证明了其良好的抗干扰性能; (5)根据机器人系统的总体控制方案,设计力位置伺服控制系统的四个功能模块:力保护模块、Z轴测高模块、炭碗中心和斜槽搜索模块、炭碗清理模块;该方案在机器人的样机试验中该系统取得了很好的效果。 文末,针对研究过程中发现的问题,提出了炭碗清理机机器人研制的下一步工作思路。


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