一种应急机器人多功能末端属具系统研究

摘要

本文基于自主研发的应急机器人平台在特殊环境中的作业需求，对其末端属具操作系统展开了应用型研究，试制多功能末端属具样机并总结了一套基于有限元分析、结构优化和样机测试等现代设计方法的末端属具研究方法。
　　研究课题来源于国防核能开发研究项目“***机器人系统研究”(12zg6102)。论文首先根据铰接式剪切原理对末端属具进行了机构分析，建立了三维结构模型，并分析了末端属具在剪切和扩张两种工况下的极限载荷对其整机静态特性的影响；根据设计及分析结果，制造了末端属具样机，并对其进行剪切、抓取、和扩张等功能测试，定位属具系统的潜在性能缺陷。
　　在结合静力学分析结果及测试验证的基础上，对新型末端属具进行了基于拓扑优化的结构优化再设计，得出在剪切过程中剪切臂的传力路径及最佳材料分布，并改进末端属具的整体结构。通过改进前后整体结构对比分析，得出其整体质量减少了21.6％，弯曲应力减少了20.3%，提高了属具整体性能，并总结出一种新型末端属具的研究方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 剪切类末端属具概述

1.3 国内外剪切类末端属具的研究现状

1.4 末端剪切属具的剪切原理

1.5 论文研究的主要内容及意义

2 新型末端属具结构设计

2.1 新型液压属具工作原理及特点

2.2 新型末端属具的主要机构组成

2.3 新型末端属具的基本参数

2.4 新型末端属具的液压缸选型

2.5 新型末端属具整体模型

2.6 本章小结

3 末端属具零部件结构分析

3.1 属具主剪切臂有限元分析

3.2 副剪切臂有限元分析

3.3 属具液压缸连接轴有限元分析

3.4 主、副剪切臂铰接轴有限元分析

3.5 本章小结

4 新型末端属具样机加工、装配及测试

4.1 新型末端属具样机加工

4.2 末端属具样机装配及测试

4.3 本章小结

5 新型末端属具的结构优化

5.1 结构优化的理论简介

5.2 制造工艺约束

5.3 剪切臂的结构拓扑优化

5.5 末端属具结构优化设计

5.6 新型末端属具设计方法总结

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究主要创新点

6.3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果

附录——部分加工图纸：