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盾构机换刀机器人运动精度可靠性分析
| 论文题名： | 盾构机换刀机器人运动精度可靠性分析 |
| 关键词： | 盾构机换刀机器人;运动精度;可靠性分析展;虚拟样机 |
| 摘要： | 盾构机在施工的过程中，泥沙土石分布情况难以预测，导致刀盘磨损严重，一次施工需要多次换刀;人工换刀效率低，耗费时间久，操作人员的人身安全也难以保障，所以拟采用换刀机器人代替人工进行自主换刀作业。而采用机器人换刀，精度就成为了主要的考虑点。因此本文主要是对换刀机器人样机进行运动精度分析。 影响工业机器人运动精度的主要因素包括:换刀机器人的零部件加工误差（如;杆长误差、轴径误差等）、为满足装配和实现旋转设计的轴孔间隙、负载及自身重力带来的关节变形、传动机构带来的转角位移误差等因素。通过建立换刀机器人的理想刚体模型和刚柔混合参数模型分析换刀机器人的运动学精度问题和动力学精度问题，并对主要影响因素进行逐一分析，分析其对精度的重要度。本文主要围绕换刀机器人的运动精度可靠性分析展开，主要内容如下: (1)利用SolidWorks简化已经设计完成的换刀机器人三维模型，测量机器人的D-H参数，即连杆长度a，相邻关节轴的扭角a，相邻两杆的夹角θ，两连杆的距离d，绘制连杆坐标系。 (2)换刀机器人运动精度的仿真分析。利用MATLAB进行换刀机器人静态位姿误差分析:依据D-H法则分别建立考虑关节间隙和D-H参数（a，d,α，θ)机器人的静态位姿误差分析模型。以运动精度可靠性为评价指标，利用蒙特卡罗法模拟随机误差并进行统计实验，分析连杆、关节参数误差和关节间隙对精度的影响，而确定主要的影响因素，并绘制换刀机器人末端误差特征图表，统计误差分布特征。 (3)换刀机器人的动力学分析。基于简化的三维模型，在ADAMS里面建立换刀机器人的参数化模型，并联合MATLAB校验参数化模型的准确性;考虑轴与轴套间隙内的冲击、碰撞行为在间隙铰处建立CONTACT接触碰撞模型，并以此为基础建立换刀机器人的动力学模型;在有限元软件中分析换刀机器人的变形量，并在ADAMS中将最大变形关节进行柔性化;在考虑尺寸误差、运动副间隙误差、关节转角误差、负载的基础上，分析运动误差，计算可靠度。 (4)含间隙旋转铰磨损特性分析。在ADAMS中建立含间隙换刀机器人的虚拟样机，设置关节约束和初始条件并仿真分析，测量间隙铰的法向、切向接触力、相对滑移速度;基于Archard磨损模型，计算磨损量;根据磨损量重构磨损后的轴销，分析间隙对磨损量的影响。 |
| 作者： | 王亚文 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 谢里阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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