空間復(fù)雜曲面修復(fù)機(jī)器人操作臂設(shè)計與應(yīng)用研究.pdf

1、水輪機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)工作過程中，往往會受到水流中泥沙等雜質(zhì)的影響，造成水輪機(jī)葉片不同程度的氣蝕和磨損破壞，嚴(yán)重降低了發(fā)電效率。故經(jīng)過一定的工作周期就要進(jìn)行停機(jī)維修，水輪機(jī)組的大規(guī)模維修周期通常為4～5年，每次大修約耗時4個月，影響了水輪機(jī)組的有效發(fā)電時間。當(dāng)前我國水輪機(jī)葉片的維修作業(yè)主要采用人工作業(yè)，不僅修復(fù)效率低，而且操作空間狹小、工作環(huán)境惡劣，對工人的身體健康造成嚴(yán)重威脅。此外，對于堆焊修復(fù)后的水輪機(jī)葉片進(jìn)行人工打磨作業(yè)，打磨后的葉片表面

2、形狀很難和原設(shè)計形狀吻合，改變了水輪機(jī)組原始的過流狀態(tài)，因而降低水輪機(jī)發(fā)電功率。因此，對于受損水輪機(jī)組葉片進(jìn)行高效率與高質(zhì)量的修復(fù)作業(yè)，已成為亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。
　　本課題在深入了解水輪機(jī)組轉(zhuǎn)輪、葉片結(jié)構(gòu)以及對比分析國內(nèi)外現(xiàn)有水輪機(jī)修復(fù)機(jī)器人特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于移動平臺的空間復(fù)雜曲面機(jī)器人虛擬樣
　　機(jī)。通過機(jī)器人操作臂可直接對機(jī)坑內(nèi)受損的水輪機(jī)葉片進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，無需將轉(zhuǎn)輪從機(jī)坑內(nèi)吊出并轉(zhuǎn)移到維修廠房內(nèi)進(jìn)行維修，從

3、而使水輪機(jī)組葉片的維修工作具有安全、高效、便捷、低能耗等特點(diǎn)。
　　首先，根據(jù)機(jī)坑內(nèi)工作空間相對狹小的問題，對于修復(fù)機(jī)器人主要部分—操作臂進(jìn)行整體布局規(guī)劃，并對關(guān)節(jié)驅(qū)動進(jìn)行研究。通過建模與仿真分析一體化的軟件Solidworks建立機(jī)器人虛擬模型，對主要零部件進(jìn)行虛擬建模以完成總裝配，借助Simulation有限元分析系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)振動研究。
　　然后，通過D-H運(yùn)動學(xué)理論建立其運(yùn)動學(xué)模型，完成修復(fù)機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)分析以確定末端

4、坐標(biāo)系與基坐標(biāo)系的位姿關(guān)系，并通過MATLAB Robotics Toolbox驗(yàn)證。通過機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)研究，可知該機(jī)器人能夠完成修復(fù)作業(yè)，又可以在某關(guān)節(jié)發(fā)生故障時完成修復(fù)作業(yè)。
　　其次，對于該修復(fù)機(jī)器人的應(yīng)用研究，主要是對預(yù)先規(guī)劃的堆焊、打磨路徑軌跡進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真。依據(jù)水輪機(jī)組葉片堆焊和打磨維修工藝的區(qū)別，在ADAMS仿真軟件中分別進(jìn)行機(jī)器人虛擬樣機(jī)的堆焊與打磨作業(yè)應(yīng)用研究。
　　最后，分別構(gòu)建堆焊與打磨作業(yè)系統(tǒng)框架，根