聚变堆遥操作主手的结构设计与优化

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要研制高性能、高精度和应用范围广的力反馈主手一直是遥操作机器人领域不断探究的重要问题。本文所研究的课题是国家科技部“国际热核聚变实验堆（ITER）计划专项（国内研究）”之“精细遥操作主从机器人与人机交互控制系统”课题（编号：2012GB102005）的部分内容，主要针对遥操作机器人力反馈主手进行相关探讨与研究。课题要求设计出一种可以控制从手在核反应堆这样高辐射恶劣环境下进行精细作业的遥操作主手，主手的结构设计效果会直接影响从手的作业质量。由此，对通用型力反馈遥操作主手的深入探究将会对提高遥操作系统的性能和拓展遥操作机器人应用领域都有

2、一定的积极推动作用。本文主要研究内容如下：1.对遥操作主手在国内外的发展状况进行了详细的阐述，对国内外学者的研制方案及其研究成果进行了分析及探讨。以此，根据课题背景确定了主手的设计方向，探讨了遥操作技术的应用价值，指出了对主手进行结构设计及相关研究的必要性。2.根据课题需求，选择确定了相对合适的主手结构类型，以类比方式对主手整体结构进行合理地设计，并对各部分的结构进行了详细的介绍说明；运用Solidworks软件完成了对主手机械结构的三维设计。3.根据主手的构型特征，利用解析法分别对其平动并联机构和转动串联机构进行了运动学分析，从而得到了主手整体的运动学模型

3、；通过蒙特卡洛法对主手工作空间进行了相关分析；并且通过有限元分析软件对主手的初始模型进行了静刚度分析，验证了所设计的主手模型能够满足刚度需求。4.应用机械系统分析软件ADAMS对主手模型进行了仿真分析。模拟仿真结果显示主手操作空间能够满足设计要求；并利用反馈力指标分析出了各直流伺服电机所输出的相应力矩；另外在主手各运动副锁定条件下，进行静力仿真分析，得到了各个主要关节点的作用力，为下文的拓扑优化做准备。5.利用Hypeworks软件对所设计主手的重要运动零部件进行了拓扑优化分析，使其在满足静刚度要求及加工工艺等前提下能够轻量化。优化结果显示连杆及动平台比各自

4、的初始模型分别减轻32.6%、25.57%。旨在提高主手的操作性能，降低运动过程中因某些零部件自重的存在而产生的惯性力对控制精确度的影响，进而达到精操作的目的。关键词：遥操作主手；结构设计；运动学分析；ADAMS仿真；拓扑优化II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractDevelopinghighperformance,highprecisionandwideapplicationrangeofforcefeedbackmasterhandisahottopicinthefieldofteleoperationrobot

5、.ThesubjectofthisstudyispartofNationalministryofscienceandtechnologyinternationalthermonuclearfusionreactorexperiment(ITER)projectspecial"finemaster-slaverobotteleoperationandinteractivecontrolsystem"project(NO.2012GB102005),whichmainlyaimedattherelateddiscussionsandresearchonhuman

6、feedbackmainhandteleoperationmachine.Thesubjectofthispaperistodesignakindofremoteoperationmasterhand,whichcanworkinthehighradiationenvironmentofnuclearreactor.Thedesignofthemainhandonhandhadagreaterinfluenceonthedegreeofjobquality.Therefore,thein-depthstudyoftheuniversaltypeforcefe

7、edbackteleoperationsystemwillhaveapositiveeffectinimprovingtheperformanceoftheteleoperationsystemanddevelopingtheapplicationfieldoftheteleoperationrobot.Themainresearchcontentofthisthesisisasfollows:Firstly,inthisthesis,thedevelopmentsituationofremoteoperationmasterhandsindomestica

8、ndabroadwerediscribedindet