玻璃幕墙清洁机器人的模态分析及优化设计

【摘要】：对于事故频发的高空清洁行业,亟需一种能够代替人工清洁的智能化作业方式,因而机器人在清洁领域的应用受到越来越广泛的关注,其中玻璃幕墙清洁机器人主要满足越来越多的高层玻璃幕墙建筑的清洁需求。本文围绕作者自己设计的一种轻型玻璃幕墙清洁机器人,分别对其运动姿态和清洗姿态进行研究分析。首先建立其力学模型,对两种工作姿态的受力情况进行分析,利用两种方法对两种姿态的超静定平衡方程求解,得到机器人本体承受风载荷时吸盘吸附力需要满足的约束关系,并且分析出四级风力范围内的最不利风载,在最不利风载条件下进行相应的静力学有限元仿真分析。然后对机器人本体的动力学特性进行分析。分别对两种工作姿态的机器人做模态分析,得到六阶内的模态频率以及模态振型。在此基础之上分析机器人本体承受随机振动和周期性载荷的能力。在不同方向上加载给定的功率谱密度曲线和不同频率的正弦载荷,得到一系列的仿真结果,并且分析出需要改善提高动力学性能的零部件。为了进一步提高机器人工作的稳定性,主要以提高结构刚度,减小应力集中为目标,对一些关键零部件进行优化设计。然后对优化后的模型进行相应的动力学分析,对比前后两次分析结果,达到设定的优化目标。 【关键词】：清洁机器人 静力分析 模态分析 随机振动分析 谐响应分析 优化设计
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 玻璃幕墙清洁机器人的研究背景9
• 1.2 玻璃幕墙清洁机器人的研究现状及发展趋势9-13
• 1.3 课题的目的与研究意义13
• 1.4 本文的主要研究内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 玻璃幕墙清洁机器人的总体方案设计15-21
• 2.1 玻璃幕墙清洁机器人的总体方案15-16
• 2.2 玻璃幕墙清洁机器人的运动系统16-18
• 2.3 玻璃幕墙清洁机器人的清洗系统18
• 2.4 玻璃幕墙清洁机器人的控制系统18-20
• 2.5 玻璃幕墙清洁机器人的悬吊系统20
• 2.6 本章小结20-21
• 第三章 风载下玻璃幕墙清洁机器人的静力学分析21-40
• 3.1 玻璃幕墙清洁机器人本体的力学模型21-23
• 3.2 玻璃幕墙清洁机器人本体运动状态下的受力分析23-26
• 3.3 玻璃幕墙清洁机器人本体清洗状态下的受力分析26-33
• 3.4 静风载下玻璃幕墙清洁机器人的有限元仿真分析33-38
• 3.4.1 最不利静风载分析33-36
• 3.4.2 最不利静风载下的有限元仿真分析36-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 玻璃幕墙清洁机器人本体的动力学分析及仿真40-53
• 4.1 玻璃幕墙清洁机器人本体的模态分析40-44
• 4.1.1 模态分析理论40-41
• 4.1.2 玻璃幕墙清洁机器人模态仿真分析41-44
• 4.2 玻璃幕墙清洁机器人本体的随机振动分析44-48
• 4.3 玻璃幕墙清洁机器人本体的谐响应分析48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 玻璃幕墙清洁机器人本体的优化设计53-63
• 5.1 优化目标53
• 5.2 玻璃幕墙清洁机器人本体模型的优化53-56
• 5.2.1 连接件的优化设计54-55
• 5.2.2 外侧机架的优化设计55-56
• 5.2.3 吸盘腿的优化设计56
• 5.3 模型优化后的动力学分析结果分析56-62
• 5.3.1 模型优化后模态分析结果57-59
• 5.3.2 模型优化后随机振动分析结果59-61
• 5.3.3 模型优化后谐响应分析结果61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论与展望63-65
• 参考文献65-69
• 附录69-70
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单70-71
• 致谢71

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