窨井清掏机器人研究

作     者：高安礼 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭黎滨

授予年度：2009年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：窨井清掏机器人 运动学 有限元 实验 

摘      要：窨井清掏机器人属于服务机器人范畴,用来清除窨井中的淤泥污物,减轻人工工作强度,保证城市排水系统的正常工作。 本文在分析了现有窨井清掏机器人的优缺点后,把窨井清掏机器人的机械本体设计成随车起重机与抓斗的组合结构,整个机构由液压系统控制,吊臂具有水平转动和上下俯仰及伸缩功能,抓斗由液压缸驱动,各鄂板能够同步开合,具有较高的抓取率。并用闭环矢量法对窨井清掏机器人抓斗机构进行了运动学分析,利用Simulink和SimMechanics对运动学方程进行了仿真研究,验证了运动学分析的正确性,仿真的运动轨迹证明了抓斗机构作为窨井清掏机构的合理性。对臂架在有风工况和最大工作载荷情况下,进行了整体的理论受力分析,并在考虑各节臂之间的相互影响的基础上,利用ANSYS软件分别对各个臂段进行有限元分析,从应力云图中可以得出危险截面的应力均在安全范围内,且与理论计算结果相符,证明臂架的设计合理可靠,提高了整机的设计质量。最后对样机进行了典型窨井污物的现场抓取实验,实验表明清掏机器人的总体结构、液压系统及抓斗的性能指标满足设计和生产实际使用要求。