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载运工具是托卡马克内真空室遥操作维护系统的重要组成部分,是进出内真空室的主要设备,其设计方案与内真空室密切相关。根据未来内真空室遥操作维护任务的一些基本需要,在EAST内真空室基础上,本文设计了一种多关节铰接机械臂式载运工具,并对其设计指标、概念模型以及运动学和动力学方程进行了一些初步探索,并对其控制模型进行了必要的讨论。 1.设计了一个多关节铰接载运工具装置。采用多关节铰接的设计方式,主要是保证足够的机械自由度,能顺利通过水平窗口进出内真空室,同时各关节臂采用完全相同的铰接方式,不仅简化了结构设计了,更便于装置的维护以及控制方案的设计。使用CATIA软件完成三维概念模型设计与装配,并用CATIA的DMU进行了进出内真空室的运动学仿真,机构能够顺利通过水平窗口进出内真空室。 2.对载运工具进行运动学和动力学分析。通过CATIA软件的运动学的仿真,确定设计参数以及进出内真空室的轨迹。通过三维模型参数和轨迹,建立运动学方程。然后,根据拉格朗日原理建立动力学方程,通过对模型方程的分析,相对于重力项、向心力和哥氏向心力,可知转动惯量Iai的影响最大,是主导因素项。因此,应尽量减少等效惯量和耦合惯量与结构的相关性。 3.控制系统模型的设计。为了能够按照进出内真空室轨迹的通过水平窗口,并尽量依据前面的动力学方程的分析结果,简化控制模型,划分为单个关节臂的二阶控制模型分析。为了改善其控制性能,提高其位置精度和稳态精度,一般需通过专门的传感器实时测量载运工具各关节臂的等效惯量、负载和摩擦力矩等参数,还需实时计算位置和速度反馈增益系数,进而对相应关节的驱动部分进行补偿。