浏览全部资源
扫码关注微信
接触网设备检查机器人结构设计
Structural Design of Catenary Equipment Inspection Robots
- 机械传动 2023年47卷第9期 页码：44-51
- 作者机构：
西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都 610031
- 作者简介：
陶祝同（1996— ），男，山东青岛人，硕士研究生；主要研究方向为机电液一体化；18328750113@163.com。
- 基金信息：
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.007
中图分类号：纸质出版日期：2023-09-15，
收稿日期：2022-07-05，
扫 描 看 全 文
陶祝同,王国志,李荣铎.接触网设备检查机器人结构设计[J].机械传动,2023,47(09):44-51.
Tao Zhutong,Wang Guozhi,Li Rongduo.Structural Design of Catenary Equipment Inspection Robots[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(09):44-51.
陶祝同,王国志,李荣铎.接触网设备检查机器人结构设计[J].机械传动,2023,47(09):44-51. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.007.
Tao Zhutong,Wang Guozhi,Li Rongduo.Structural Design of Catenary Equipment Inspection Robots[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(09):44-51. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.09.007.
摘要
针对铁路接触网人工拍照检查劳动强度高、危险系数大、检查时间长、效率低、范围广等问题，提出了一种带有伸缩结构的接触网检查机器人，可代替人工完成接触网拍照检查。确定了机器人整体结构、核心部件选型；运用旋量理论和现代矩阵指数积公式建立了运动学模型；利用Matlab Robotics工具箱建立仿真模型，并验证了运动学方程；运用蒙特卡洛法求解机器人工作空间，并绘制点云图；最后，利用Ansys Workbench软件对关键部件进行有限元分析，对强度、刚度进行了校核验证。所设计的机器人减轻了工人工作量；采用轻型材料及关节模块化设计，质量减轻25%；且其末端的多自由度结构使拍摄角度、范围较传统方式增加了2倍，伸缩结构使机器人可以获得较大工作空间，满足工作要求。
Abstract
Aiming at the problems of high labor intensity
high risk factor
long inspection time
low efficiency and wide range of manual inspection of railway catenary
a catenary inspection robot with a telescopic structure is proposed
which can replace manual inspection of the catenary. The overall structure of the robot and the selection of core components are determined. The screw theory and the modern matrix exponential product formula are used to establish the kinematics model; the Matlab Robotics toolbox is used to establish the simulation model and verify the kinematics equation; the Monte Carlo method is used to solve the robot workspace and draw the point cloud map. Finally
Ansys Workbench software is used for finite element analysis of key components
and the strength and stiffness are checked and verified. The designed robot in this study reduces the workload of workers; using lightweight materials and joint modular design makes the mass be reduced by 25%; its terminal multi-degree-of-freedom structure makes the shooting angle and range be increased by 2 times compared with the traditional way; the telescopic structure enables the robot to obtain a larger working space to meet the work requirements.
关键词
7自由度机器人指数积工作空间运动学分析有限元分析
Keywords
7-DOF robotProduct of exponentialWorkspaceKinematic analysisFinite element analysis
references
林拥军，唐金胜，安生禄，等.接触网作业车平台转向报警装置的设计与应用［J］.电气化铁道，2021，32（1）：98-101.
LIN Yongjun，TANG Jinsheng，AN Shenglu，et al.Design and application of steering alarm device for catenary work vehicle platform ［J］.Electric Railway，2021，32（1）：98-101.
刘建宏.高速列车接触网悬挂系统缺陷图像识别技术研究［D］.成都：西南交通大学，2018：1-2.
LIU Jianhong.Research on defect image recognition technology of catenary suspension system of high-speed train［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2018：1-2.
MIKULAS H，JAN S，MAREK V，et al.Robotic cell with robot Kuka for spot welding［C］//International Symposium on Applied Machine Intelligence and Informatics.IEEE，2008：115-116.
PARK C，PARK K，KIM D.Design of dual arm robot manipulator for precision assembly of mechanical parts［C］//International Conference on Smart Manufacturing Application.IEEE，2008：424-427.
王风涛.滤清器专用弧焊机器人本体结构设计与动力学分析［D］.兰州：兰州理工大学，2011：4-5.
WANG Fengtao.Structure design and dynamics analysis of arc welding robot body for filter［D］.Lanzhou：Lanzhou University of Technology，2011：4-5.
陈祝权，梁晓合，林粤科，等.六自由度串联机器人结构设计及有限元分析优化［J］.机床与液压，2013，41（23）：97-101.
CHEN Zhuquan，LIANG Xiaohe，LIN Yueke，et al.Structural design and optimization of 6 axes serial robot［J］.Machine Tool & Hydraulics，2013，41（23）：97-101.
闫继宏，郭鑫，刘玉斌，等.一种模块化机械臂的设计与运动学分析［J］.哈尔滨工业大学学报，2015，47（1）：20-25.
YAN Jihong，GUO Xin，LIU Yubin，et al.The design and kinematic analysis of a modular manipulator［J］.Journal of Harbin Institute of Technology，2015，47（1）：20-25.
姜万利.模块化驱动关节设计及关键技术研究［D］.秦皇岛：燕山大学，2018：23-24.
JIANG Wanli.Research on design and key technology of modular drive joint［D］.Qinhuangdao：Yanshan University，2018：23-24.
张江泉，高宏力，向守兵，等.一种智能化滚珠丝杠副退化状态的评估方法［J］.西南交通大学学报，2022，57（4）：813-820.
ZHANG Jiangquan，GAO Hongli，XIANG Shoubing，et al.An intelligent degradation assessment method for ball screw［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，2022，57（4）：813-820.
杨小娟.滚珠丝杠进给系统的设计与安装［J］.机械工程师，2022（4）：126-128.
YANG Xiaojuan.Design and installation of ball screw feed system ［J］.Mechanical Engineer，2022（4）：126-128.
何价来，罗金良，宦朋松，等.基于蒙特卡洛法的七自由度拟人机械臂工作空间分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2015（3）：48-51.
HE Jialai，LUO Jinliang，HUAN Pengsong，et al.Workspace analysis of 7-DOF humanoid robotic based on Monte Carlo method［J］.Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique，2015（3）：48-51.
卢喆，郑松.基于几何法和旋量理论的6自由度机器人逆解算法［J］.机械传动，2017，41（6）：111-114.
LU Zhe，ZHENG Song.Inverse solution algorithm of 6-DOF robot based on geometric method and screw theory［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（6）：111-114.
姜宏超，刘士荣，张波涛.六自由度模块化机械臂的逆运动学分析［J］.浙江大学学报（工学版），2010，44（7）：1348-1354．
JIANG Hongchao，LIU Shirong，ZHANG Botao.Inverse kinematics analysis of 6-DOF modular manipulator［J］.Journal of Zhejiang University （Engineering Science），2010，44（7）：1348-1354.
刘鹏飞.七自由度冗余机械臂运动学及路径规划研究［D］.北京：北京化工大学，2021：19-21.
LIU Pengfei.Research on kinematics and path planning of 7-DOF redundant manipulator［D］.Beijing：Beijing University of Chemical Technology，2021：19-21.
李良敏，何超，宋成利，等.微创手术机器人机械臂结构设计与工作空间分析［J］.医用生物力学，2019，34（1）：40-46.
LI Liangmin，HE Chao，SONG Chengli，et al.Structure design and workspace analysis of minimally invasive surgical robot manipulator［J］.Journal of Medical Biomechanics，2019，34（1）：40-46.
杨凯，黄晋英.一种8自由度空间机械臂运动学及工作空间分析［J］.机械传动，2021，45（3）：147-152.
YANG Kai，HUANG Jinying.Kinematics and workspace analysis of an 8-DOF space manipulator［J］.Journal of Mechanical Transmission，2021，45（3）：147-152.
苏学满，孙丽丽，杨明，等.基于Matlab的六自由度机器人运动特性分析［J］.机械设计与制造，2013（1）：78-80.
SU Xueman，SUN Lili，YANG Ming，et al.Kinematic characteristics analysis of 6-DOF robot based on Matlab［J］.Machinery Design & Manufacture，2013（1）：78-80.
丁玮.六自由度经济型工业机械臂的结构优化设计与研究［D］.镇江：江苏科技大学，2018：28-31.
DING Wei.Structural optimization design and research of 6-DOF economic industrial manipulator［D］.Zhenjiang：Jiangsu University of Science and Technology，2018：28-31.
0
浏览量
20
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-5
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies