空間復雜曲面修復機器人操作臂設計與應用研究.pdf

1、水輪機組在運轉(zhuǎn)工作過程中，往往會受到水流中泥沙等雜質(zhì)的影響，造成水輪機葉片不同程度的氣蝕和磨損破壞，嚴重降低了發(fā)電效率。故經(jīng)過一定的工作周期就要進行停機維修，水輪機組的大規(guī)模維修周期通常為4～5年，每次大修約耗時4個月，影響了水輪機組的有效發(fā)電時間。當前我國水輪機葉片的維修作業(yè)主要采用人工作業(yè)，不僅修復效率低，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重威脅。此外，對于堆焊修復后的水輪機葉片進行人工打磨作業(yè)，打磨后的葉片表面

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

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

4、坐標系與基坐標系的位姿關系，并通過MATLAB Robotics Toolbox驗證。通過機器人逆運動學研究，可知該機器人能夠完成修復作業(yè)，又可以在某關節(jié)發(fā)生故障時完成修復作業(yè)。
　　其次，對于該修復機器人的應用研究，主要是對預先規(guī)劃的堆焊、打磨路徑軌跡進行運動學仿真。依據(jù)水輪機組葉片堆焊和打磨維修工藝的區(qū)別，在ADAMS仿真軟件中分別進行機器人虛擬樣機的堆焊與打磨作業(yè)應用研究。
　　最后，分別構建堆焊與打磨作業(yè)系統(tǒng)框架，根