真空環(huán)境下專用操作機械手的設(shè)計研究.pdf

1、機器人技術(shù)是一種多學科交叉融合的綜合性高新技術(shù)，是與社會經(jīng)濟發(fā)展情況相適應的。隨著我國對真空下高溫等離子體物理診斷實驗的深入，診斷設(shè)備能否適用于多種類型的高真空實驗平臺已經(jīng)成為真空物理診斷實驗的關(guān)鍵技術(shù)。由于高溫等離子體的危害性，具有獨立真空環(huán)境的專用操作機械手便成為輔助實驗人員完成診斷實驗的最佳手段。同時，專用操作機械手對在高真空環(huán)境下進行的其它物理實驗也有廣泛的應用前景。
　　 本文以高真空物理實驗環(huán)境為平臺，設(shè)計了一臺能在

2、高真空環(huán)境下作業(yè)的專用操作機械手。機械手的主要任務是在不破壞真空度為3.0×10-3Pa的高真空球形實驗室環(huán)境的情況下，將應用于高溫等離子體物理診斷實驗的小型診斷設(shè)備(如透射式光柵譜儀、五通道晶體譜儀等)按照設(shè)計要求精確安全的送入和收回，并便于診斷設(shè)備的清洗、維護和保養(yǎng)。本文主要從機械手的功能和技術(shù)使用要求出發(fā)，對機械手進行了流程分析和功能分析，得出了機械手的結(jié)構(gòu)組成，在此基礎(chǔ)之上對機械手各子系統(tǒng)進行了設(shè)計分析。為了滿足診斷設(shè)備的使用要

3、求和功能要求，本文對機械手進行以下幾方面的研究：
　　 本文根據(jù)診斷設(shè)備的使用要求對機械手進行全流程分析，研究機械手所需要具備的主要功能，并對功能進行分析歸納整合，得出機械手的結(jié)構(gòu)組成。同時分析了機械手的視覺瞄準系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、搭載小車組件等各分系統(tǒng)的實現(xiàn)方式以及驅(qū)動方式和傳動機構(gòu)，完成了機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　 對真空相關(guān)技術(shù)進行了簡要介紹；同時利用真空技術(shù)對機械手的真空系統(tǒng)進行了詳細設(shè)計，選定了真空系統(tǒng)各組成部分硬件

4、的型號，并對真空系統(tǒng)參數(shù)進行了分析計算。
　　 運用三維設(shè)計軟件Pro/Engineer5.0，對機械手進行三維實體建模；以操作機械手的真空室為研究對象，運用有限元分析軟件ANSYS Workbench12.0，建立了真空室組件的有限元模型，根據(jù)機械手真空室的實際情況對其施加約束及載荷，對真空室進行結(jié)構(gòu)靜力分析和預應力模態(tài)分析，得出了其結(jié)構(gòu)的等效最大應力、最大變形量、前10階模態(tài)以及相應振型，得出的分析數(shù)據(jù)可作為優(yōu)化設(shè)計依據(jù)。<