面向核环境的被动自适应机器人移动机构研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文面向核环境的被动自适应机器人移动机构研究论文作者：李凡学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：张明路职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金项目（61473113）“面向核电RCV的机器人自适应与高效作业方法研究”DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONMECHANISMOFPASSIVEADAPTI

2、VEROBOTFORNUCLEARENVIRONMENTbyLiFanSupervisor:Prof.ZhangMingluMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.61473113原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人

3、或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要本课题的研究内容是围绕国家自然

4、科学基金项目“面向核电RCV的机器人自适应机理与高效作业方法研究”（61473113）展开的。高效高可靠性是决定核电站机器人性能的直接因素。本项目以核电站一回路中化学和容积控制系统（RCV）的放射性过滤器更换作业为背景，研制一台适用于更换放射性过滤器的移动平台，重点研究核电站机器人的自适应机理与对复杂环境的适应性问题。本研究的主要工作与创新性成果包括：1.以核电站RCV过滤器更换机器人的作业环境入手，提出一种适应其作业环境的新型轮-履复合式被动自适应机器人移动平台，探索其被动自适应机构机理；完成了机器人的结构设计、三维模型建立以

5、及传动系统的设计；研究了机器人的被动自适应运动特性。2.用理论分析的方法对影响机器人运动能力的结构参数进行了研究。首先建立机器人结构的数学模型；对履带支撑机构各构件的运动关系、尺寸参数进行分析，并以履带变形量作为目标函数对各尺寸参数进行优化，并对所得结果进行了仿真和实验验证；对从动车轮、驱动后轮结构与地面的运动关系进行研究，确定了车轮的参数，对两轮的运动进行仿真并得出了机器人模式转换的临界状态；研究了变形复位机构的变形特性，对机器人两个状态进行受力分析得出了弹簧的最小设计预拉伸力，并据此得出了一组弹簧参数。3.用标准动态能量稳定

6、锥方法分析了机器人移动平台的动态稳定性，并在此基础上分析了机器人翻越台阶、上下坡、翻越沟槽的能力；根据作业环境的防辐射要求，进行了样机的制作，并对其运动模式的转换、履带的变形、复位机构的复位能力进行了验证。综上，本文基于被动自适应原理提出了一种轮-履复合式机器人移动平台，能够适应核电站作业现场的环境，通过理论分析、参数仿真、实验验证等方法对其机构进行了研究，并验证了此结构和参数的合理性与可行性。关键字：移动机器人被动自适应轮式履带式参数优化IABSTRACTThisworkissupportedbytheNationalNatu

7、ralScienceFoundationofChinaNo.61473113(ResearchonAdaptiveMechanismandEfficientOperationMethodofRobotOrientedNuclearPowerPlantRCV).Efficiencyandreliabilityarethecorefactorsindeterminingtheperformanceofnuclearindustryrobots.Thepurposeofthisresearchistodevelopamobilepla

8、tformforthereplacementofradioactivefiltersinthechemicalandvolumecontrolsystem(RCV)locatedintheprimarycircuitinthenuclearpowerplant.