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智能助力设备平面运动系统设计与研究

作　者: 孙厚涛
导　师: 张今瑜
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 智能助力装置平面运动机构设计拓扑优化强度分析
分类号: TP271.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
引　用: 1次
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内容摘要

随着生产要求的提高,工程环境下对物料的搬运精度、稳定性要求越来越高,且提出了安全性等要求。在科技进步的前提下,智能助力装置(IADs)应运而生。本文在相关研究的基础上,对智能助力装置的平面运动系统进行了设计与研究。首先,针对智能助力装置的应用特点,结合实际情况,提出了正交平面运动系统方案,并结合工况对移动模块的轨道系统的架设方案进行了分析,针对不同的工况条件给出了不同的架设方式。根据平面运动系统的结构形式,建立了运动学、动力学简化分析模型,给出了解算方程,并在此基础上建立了三维仿真分析模型,给定驱动条件求解出移动模块在不同情况下的受力特性,为后续的结构强度分析、控制系统仿真提供参考数据。针对动力学仿真结果得出的移动模块对轨道面的施力情况,对轨道截面进行参数化建模,在有限元分析的基础上引入拓扑优化方法,对其进行优化设计,求解出合理的截面形状设计。同时对移动模块进行结构设计,对关键零件进行有限元强度校核,确保整个系统的稳定性。最后提出了平面运动系统的控制系统结构组成,并运用MATLAB中的Simulink单元对直流电机伺服控制系统进行建模,设计出PID控制器,根据动力学分析结果对控制器的参数进行调节,使其符合设计要求,为后续试验奠定理论基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 概述  9-10
  1.2 国外发展概况  10-11
  1.3 国内研究概况  11-14
  1.4 课题研究意义  14
  1.5 论文完成的主要工作  14-16
第2章平面运动系统总体设计  16-31
  2.1 研究方案  16-17
  2.2 系统设计要求  17
  2.3 平面运动系统的设计  17-26
    2.3.1 总体方案设计  17-18
    2.3.2 横向导轨架设方案  18-21
    2.3.3 纵向导轨架设  21-24
    2.3.4 移动模块方案  24-26
  2.4 移动模块设计  26-30
    2.4.1 吊挂式结构选择  26-27
    2.4.2 移动结构方案设计  27-29
    2.4.3 驱动系统方案  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章系统运动学及动力学分析  31-42
  3.1 平面运动系统动力学分析  31-34
    3.1.1 模型的简化与坐标建立  31-32
    3.1.2 模型运动学、动力学分析  32-34
  3.2 二维平面运动动力学仿真  34-37
  3.3 三维运动系统动力学仿真  37-39
  3.4 驱动电机选型  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章平面运动系统结构设计  42-56
  4.1 整体结构设计  42
  4.2 轨道结构优化设计  42-48
  4.3 移动模块结构设计  48-50
  4.4 关键零件强度校核  50-55
  4.5 本章小结  55-56
第5章控制系统设计  56-66
  5.1 概述  56
  5.2 硬件控制系统设计  56-57
  5.3 直流电机伺服系统模型  57-59
  5.4 控制系统设计及仿真分析  59-65
    5.4.1 PID 控制器模型  59-60
    5.4.2 SimMechanics 仿真建模  60-62
    5.4.3 半物理仿真  62-65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-70
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  70-71
致谢  71

智能助力设备平面运动系统设计与研究

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