供弹机器人的运动学及力学特性分析

论文摘要

供弹系统作为舰炮重要的组成部分之一,起着快速、准确、可靠地将弹药输送到发射系统的关键作用,其性能的好坏直接影响和决定着舰载武器系统的性能。目前国内在这方面的技术与国外相比差距较大,因此研究新型供弹系统有着重要的意义。本论文在充分分析和综合各国海军现役大中口径舰炮供弹系统机构性能的基础上,提出以供弹机器人柔性供弹的方式取代舰炮系统常规机构的供弹方式,以适应大中口径舰炮兼容发射,提高供弹系统供弹率的要求。本文对供弹机器人进行了总体布局和本体机构的设计。采用D-H法对该五自由度供弹机器人建立了运动学模型,并进行了正、逆运动学分析。依据机械设计中并行设计理论、系统机构设计要求和系统工作步的工作原理对工作步机构运行时间预先设定,进行了供弹机器人供弹时序的设计。应用时序分析结果,提出了供弹机器人平面作业轨迹规划的方法。基于有限元理论,利用Pro/E和ANSYS仿真软件,对供弹机器人在取弹和向身管接弹器送弹的两种特殊工况下进行了静力特性、接触特性、结构模态和瞬态特性的数值仿真分析,得到了供弹机器人的各阶固有频率和相应的振型,得出了供弹机器人的振动特性,据此提出了改善供弹机器人振动特性和避免系统发生共振的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 大口径舰炮供弹系统的国内外研究现状
• 1.3 机器人供弹技术的发展
• 1.4 课题研究的技术途径和主要研究内容
• 第2章 供弹机器人系统的总体设计
• 2.1 供弹系统的设计要求
• 2.2 供弹机器人子系统的工作原理
• 2.3 机器人供弹子系统方案设计
• 2.3.1 机器人供弹子系统布局方案
• 2.3.2 炮塔转盘机构系统参数的确定
• 2.3.3 供弹机器人方案设计
• 2.3.4 供弹机器人连杆转角范围的确定
• 2.3.5 供弹机器人作业工具的结构设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 供弹机器人的运动学分析
• 3.1 供弹机器人机构模型的建立
• 3.2 供弹机器人运动学方程的建立
• 3.2.1 供弹机器人运动学正方程的建立
• 3.2.2 供弹机器人运动学逆方程的建立
• 3.3 供弹机器人运动学模型的建立
• 3.3.1 供弹机器人运动学正模型的建立
• 3.3.2 供弹机器人运动学逆模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 时序分析下供弹机器人轨迹规划分析
• 4.1 供弹机器人的时序分析
• 4.1.1 并行时序设计方法
• 4.1.2 供弹机器人的时序设计分析
• 4.2 供弹机器人机构系统的轨迹规划
• 4.2.1 供弹机器人平面作业的作业规划方法
• 4.2.2 供弹机器人作业平面的建立
• 4.2.3 供弹机器人驱动路径的建立
• 4.3 本章小结
• 第5章 供弹机器人有限元模型建立及静力分析
• 5.1 系统的有限元分析方法
• 5.2 供弹机器人的有限元分析流程
• 5.3 供弹机器人的有限元建模
• 5.3.1 供弹机器人有限元模型的简化
• 5.3.2 供弹机器人有限元模型关键问题的处理
• 5.3.3 供弹机器人有限元模型的建立
• 5.4 供弹机器人线性静力学特性分析
• 5.4.1 供弹机器人载荷分析
• 5.4.2 供弹机器人系统的简化与加载
• 5.4.3 供弹机器人系统建模与分析结果
• 5.5 供弹机器人非线性静力学特性分析
• 5.5.1 供弹机器人接触状态分析
• 5.5.2 供弹机器人仿真建立和算法选择
• 5.5.3 供弹机器人分析结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 供弹机器人的动力学特性分析
• 6.1 供弹机器人的动态特性
• 6.2 供弹机器人机构的模态分析
• 6.2.1 模态分析理论基础
• 6.2.2 供弹机器人机构的模态分析求解方法
• 6.2.3 供弹机器人机构的模态分析与计算
• 6.3 供弹机器人机构的瞬态动力学分析
• 6.3.1 系统机构瞬态动力学分析原理
• 6.3.2 供弹机器人的瞬态动力学分析
• 6.4 影响供弹机器人精度的因素
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢