【摘 要】
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随着高速铁路的快速发展,其无砟轨道的定期监测维护愈发重要,面向无砟轨道扣件的自动化精调可有效解决轨道精调问题,通过对精调工法中自动化配料技术的研究可有效提升整机工作效率。本文以无砟轨道WJ-8型扣件为目标对象,基于多轴配料机器人建立自动化配料系统并对其进行具体研发,主要研究内容如下:首先,依据WJ-8型扣件目标特性,分析配料系统的功能要求,建立配料系统工法并计算优化其配料效率。基于配料技术指标自底
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随着高速铁路的快速发展,其无砟轨道的定期监测维护愈发重要,面向无砟轨道扣件的自动化精调可有效解决轨道精调问题,通过对精调工法中自动化配料技术的研究可有效提升整机工作效率。本文以无砟轨道WJ-8型扣件为目标对象,基于多轴配料机器人建立自动化配料系统并对其进行具体研发,主要研究内容如下:首先,依据WJ-8型扣件目标特性,分析配料系统的功能要求,建立配料系统工法并计算优化其配料效率。基于配料技术指标自底向上建立机器人主体结构并进行了模块化端部执行器研究,通过理论计算对机器人关键电气设备进行了选型并完成了整机虚拟模型装配,据此初步建立了以配料机器人为核心的多工位自动化配料系统。其次,集成了一种多学科流水化设计平台并将其应用至配料机器人关键结构的开发中。基于SIMP伪密度法分析结构材料的流动性,利用PDS概率设计法优选分析了结构参数特性,基于响应面法分析参数传递关系,在此基础上利用MOGA多目标遗传算法以4种静动态指标为优化目标,在多约束条件下进行了结构参数寻优并在危险工况下进行了静动态有限元校核,实现了配料机器人关键结构的闭环优化设计。然后,利用Denavt-Hartenberg表示法建立配料机器人连杆关系,将其物理空间模型利用Euler变换法转换为数学模型后,进行了正向运动学及逆向运动学分析。利用雅可比矩阵建立各关节动作速度与操作空间速度的关系,通过RobotTool工具箱建立运动学虚拟仿真平台进而验证了运动学理论计算结果,基于蒙特卡洛法进行了机器人工作空间仿真分析,据此基于关节坐标法规划了不同姿态下的机器人轨迹。最后,基于Lan-grange函数法计算分析机器人动力学方程各项指标,在ADAMS平台中联立机器人虚拟模型,根据轨迹规划结果编辑驱动函数及代码并进行了动力学实验仿真,提取了两种轨迹规划下的机器人关节角度、动能、关节力与力矩曲线图,校核了配料设计要求下机器人各项动态指标,完成了预期配料功能设计。本文面向无砟轨道WJ-8型扣件建立了以多轴配料机器人为核心的一种车载自动化配料系统,对提升轨道精调配料效率,降低人工成本,提升配料质量起到了积极作用,为无砟轨道精调车的研发提供了一定技术支撑。
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