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电解质清理机器人设计及动态性能研究

许巍  
【摘要】: 电解质清理机器人是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备,属于特殊环境下特种机器人。其核心技术长期为国外垄断。本文根据机器人机构学原理,提出了一种模拟人工清理的单炭块电解质清理机器人设计方案,并对在清理作业的机器人进行了运动学分析和动力学分析,同时完成了相应的仿真试验。论文主要内容有一下几个方面: (1)阐述了电解质清理机器人的现状。 (2)在论证同类机器人的构型基础上,对电解质清理机器人提出了一种新的本体结构设计与工作步骤规划方案,并用Pro_E建立了机器人的三维实体模型。 (3)对电解质清理机器人模型进行简化,应用D-H法对机器人进行了机构运动学分析,得出工作末端与各关节变量运动方程,并基于simulink对该新型机器人进行运动学仿真。仿真结果证明了该机器人设计与理论分析的正确性,为机器人的步态轨迹控制提供了依据和算法支持。 (4)根据电解质清理机器人在一次清理过程中的运动特点简化机器人模型,对机器人进行多刚体动力学分析,并应用矢量力学方法和分析力学方法相结合,在牛顿-欧拉法的基础上派生的一种方法,联立约束法来建立机器人的动力学模型,并基于该动力学模型通过Matlab的simulink模块进行仿真分析。 (5)根据电解质清理机器人在二次清理过程中的运动特性简化机器人模型,对机器人进行柔体动力学分析,并基于假设模态法、Lagrange方程和能量守恒,推导了电解质清理机器人柔性手臂在第二步清理过程中的动力学模型,并通过Matlab-simulink仿真实验表明了柔性臂的弹性形变对本体的位姿和内力都有一定的影响,同时使得系统的轨迹跟踪有一定的误差。 论文所完成的电解质清理机器人本体方案设计,以及对机器人进行的运动学和动力学分析,为课题的进一步研究提供了理论基础,且文中采用的分析和仿真模型对同类机器人的开发与研究也同样适用。


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