面向灰库清理的超大伸缩比机械臂结构设计与刚度优化

张嘉宁; 张明路; 李满宏; 张坦

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面向灰库清理的超大伸缩比机械臂结构设计与刚度优化

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火电厂灰库内壁粉尘粘壁、板结、搭桥等现象严重影响火电机组的安全运营,因此须对灰库内壁积灰进行定期全域清理。针对现有灰库清理机器人作业区间有限及因机械臂伸缩比不足、刚度不大导致的清理效果不佳等问题,通过设计引入往复绳排驱动机构和多级嵌套箱型臂体,设计了大刚度、伸缩比为1∶7的机械臂整体结构,研制出一款面向灰库内壁全方位清理的高效作业机器人。基于机械臂级联臂体本征结构和内外耦合作用力系深度分析,结合Castigliano第二定理和线弹性原理,建立了在复杂交变载荷作用下变长度机械臂整体刚度模型。综合考虑在极端工况下机械臂应力分布特征,通过周期性拓扑优化低应力区各离散子域孔洞形状,提出了在严苛质量约束下机械臂全域刚度优化方法。机械臂性能仿真和测试实验表明:优化后机械臂质量大幅减小,且具备理想的伸缩区间和刚度特性;机械臂末端偏移量的测试值与仿真值存在一定偏差,系机械臂加工和装配误差所致。研究结果为灰库清理机器人的结构设计和刚度优化提供了重要参考。

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来源
《工程设计学报》 |2022年第4期|430-437|共8页
作者
张嘉宁; 张明路; 李满宏; 张坦;
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作者单位

河北工业大学机械工程学院;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类机械设计;
关键词
伸缩机械臂; 结构设计; 刚度优化; 灰库清理;

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