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煤矿巷道轨道铺设机器人设计研究

煤矿巷道轨道铺设机器人设计研究

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作者：黄鑫鹏中国矿业大学

学位级别：硕士

科学技术的飞速发展,逐渐改变着人们传统的作业方式。工业机器人正在一步步的解放工人肩上的高强度工作,一步步实现作业的自动化。不同的工作环境需要具备不同功能属性的机器人,需要根据具体环境做出具体的设计。本课题针对煤矿巷道轨... 详细信息

科学技术的飞速发展,逐渐改变着人们传统的作业方式。工业机器人正在一步步的解放工人肩上的高强度工作,一步步实现作业的自动化。不同的工作环境需要具备不同功能属性的机器人,需要根据具体环境做出具体的设计。本课题针对煤矿巷道轨道铺设的特点,设计出一种龙门架式轨道铺设机器人,既能满足煤矿巷道的环境要求,又能取代人工搬运和铺设工作,有效降低工人的工作强度。本文的主要研究内容如下:（1）根据煤矿巷道现场的具体环境以及轨道铺设流程,分析现阶段煤矿轨道铺设存在的问题,明确铺轨机器人的功能需求,工作流程,系统组成以及具体功能参数。（2）结合具体的工作环境以及技术参数,分析相关机器人的结构类型,确定煤矿巷道轨道铺设机器人的结构类型。根据铺轨机器人功能以及结构类型,完成机器人的结构设计并建立对应的三维模型。包括机器人各级驱动传动装置,电机参数计算选型,末端执行机构设计等。（3）根据铺轨机器人三维模型,结合有限元分析软件Abaqus,完成煤矿巷道轨道铺设机器人关键部件的静力校核,以验证结构设计结果在静力学层面的合理性。（4）借助Abaqus有限元分析软件,完成对铺轨机器人主要结构模型的模态分析。通过提取机器人前六阶的固有频率以及对应频率下的固有振型,分析在对应频率下振动会产生的负面效应,并通过计算表明铺轨机器人不会与外部激励之间产生共振现象;通过对铺轨机器人施加简谐力,建立基于铺轨机器人主要结构模型的谐响应分析,进一步验证铺轨机器人结构设计结果的稳定性以及合理性。（5）通过结构优化设计中的尺寸优化以及拓扑优化方法,分别对铺轨机器人的承载平台以及水平移动平台进行优化设计,并根据水平移动平台的拓扑优化结果重建模型。实现了对承载平台以及水平移动平台的轻量化设计,并且改善了后者的应力分布状况;对上述优化对象的优化结果进行静力学校核以及模态分析,验证了优化结果的合理性。本论文主要有图54幅,表11个,参考文献74篇。

关键词：铺轨机器人结构设计有限元分析优化设计

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