第11期 2016年11月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2016)11008404
D0I:10.13462/j.cnki. mmtamt.2016.11.023
No.11 Nov.2016
基于刚柔耦合的水轮机修复机器人导轨误差分析
杜柳青，何鑫，韩涛，朱新才2
（1.重庆理工大学机械工程学院，重庆400054；2.重庆房地产职业学院，重庆401331）
摘要：为了探究导轨式水轮机修复机器人在打磨过程中末端打磨精度问题，提出刚柔耦合仿真方法模拟导轨变形对机器人末端打磨精度的影响。以工业机器人PUMA560为本体建立机器人虚拟模型，并推导机器人正逆运动学解，借助MATLAB和ANSYS完成机器人轨迹规划和导轨柔性化。基于 ADAMS仿真环境，模拟刚性体和柔性体导轨条件下的机器人末端打磨轨迹。对比发现导轨变形对机器人末端打磨精度的影响，及启动前期的不稳定状态，为后期导轨式水轮机修复机器人控制研究提供了依据。
关键词：刚柔耦合；机器人；导轨；误差分析
中图分类号：TH122;TG659
文献标识码：A
Error Analysis for Rail of Turbine Repair Robot Based on Rigid-flexible Coupling
DU Liu-qing', HE Xin', HAN Tao',ZHU Xin-cai°
(1. College of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology , Chongqing 400054, China; 2 Chongqing Real Estate College, Chongqing 401331, China)
Abstract: In order to explore grinding accuracy problem of turbine repair robot in the process of grinding, rail deformation effect robot end grinding precision based on the method of rigid-flexible coupling. It builds robot virtual model based on the data of industrial PUMA560 robot,completes robot trajectory planning and flexible rail in MATLAB and ANSYS,it simulate robot end grinding trajectory when rail regard respectively as a rigid body and flexible body. Rail deformation effect robot end grinding trajectory through compared, and robot has instability state in the early time,it provides the gists for turbine repair robot control research. Key words: rigid-flexible coupling ;robot;rail;error analysis
0引言
我国已建或在建的大中型水电站共220座左右，水轮机在长期工作过程中或多或少的存在不同程度的汽蚀和磨损.每隔4到5年就要进行四个多月的停机维修。全国每年由于机组大修减少的发电量达到上万千瓦小时造成了很大的经济损失。人工堆焊、打磨的传统修复方式需要大量的人力、物力，而且修复精度低、周期长，已经不能满足水轮机修复要求。
国内外对水轮机修复专用机器人做了一定的研究，主要集中在机械臂的结构模态、运动学、动力学、控制策略等的研究[2-5],但机器人堆焊打磨过程中导轨变形对机械人操作末端精度影响的研究较少。国外对柔性体研究起步较早，多用于航天、机器人、精密机械等行业，柔性体建模方法以浮动坐标系法、绝对节点坐标系法、有限分割法为主(6-7]，国内在刚柔耦合研究方面，孟祥志、刘念聪、朱春霞等人应用于数控机床研究中，得出了机床更精确的动力学特征[8-10]；谢志坤等人应
收稿日期：2016-01-18；修回日期：2016-02-24*基金项目：国家自然科学基金青年基金（51305476）
用于激光切割机悬臂梁的动力学仿真研究中，得到了更接近实际的悬臂梁变形和振动情况[]，表明刚柔耦合仿真方法具有良好的精确性、实用性等特点。国内外研究在对水轮机修复机器人系统的仿真分析中多把导轨作为刚性体，导致机器人实际修复精度与设计精度存在误差，工程上典型的案例就是我国水电站引进的加拿大魁北克水电局与魁北克大学高等技术学院合作研制的Scompi型机器人在实际作业中达不到预期的效果，调研表明这是由于我国水电站坐落流域水质浑浊，并且含沙量较大，水轮机叶片的磨蚀程度远大于加拿大、美国等Scompi机器人成功应用的国家，磨蚀严重的水轮机需要修复机器人提供更大的磨削力，磨削力引起的导轨变形导致修复机器人产生误差。导轨误差的定量分析迫在眉睫，经过长期研究发现，引入柔性体技术能够很好的解决这一问题。本文提出首先把导轨视为刚性体，运用D-H法推导机器人正逆运动学公式，通过ADAMS与MATLAB联合仿真规划机械人
作者简分势数据975—），女，重庆长寿县人，重庆理工大学教授，硕士，研究方向为数控机床精度设计，（E-mail)Lqdul@126.com。