【摘 要】
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中国聚变工程试验堆 CFETR（China Fusion Engineering Test Reactor）的内部结构复杂且具有超强辐射,故需要借助遥操作系统来对其进行精密的维护工作,遥操作中冗余重载维护机械臂的精度设计是其能否完成维护任务的关键。本文针对影响其精度的形变误差、结构性参数误差以及关节间隙误差进行了具体的分析,以保证机械臂能够达到设计要求。主要工作如下:（1）根据机械臂结构特点建立其
【基金项目】
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《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》大科学工程项目子项目:聚变堆主机关键系统综合研究设施；
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中国聚变工程试验堆 CFETR（China Fusion Engineering Test Reactor）的内部结构复杂且具有超强辐射,故需要借助遥操作系统来对其进行精密的维护工作,遥操作中冗余重载维护机械臂的精度设计是其能否完成维护任务的关键。本文针对影响其精度的形变误差、结构性参数误差以及关节间隙误差进行了具体的分析,以保证机械臂能够达到设计要求。主要工作如下:（1）根据机械臂结构特点建立其D-H参数与连杆坐标系,并通过正逆运动学计算出机械臂末端点的位置坐标,为后文中末端点位置误差计算提供理论依据;使用Matlab机器人工具箱对机械臂的工作空间进行求解,并在工作空间内选取一平面作为结构参数误差分析的参照面。（2）将机械臂简化为两段悬臂梁,并根据挠度叠加原理计算出机械臂的挠曲线近似微分方程以及末端最大变形量的表达式,并通过ANSYS Workbench分析软件对机械臂进行静力学分析得出末端负载为2T且重力加速度分别为9.8m/s2、14.28m/s2以及23.22m/s2时机械臂的最大变形量;通过软件分析得出机械臂整体1-6阶的振动频率与模态振型,为避免地震等因素提供依据。（3）针对重载机械臂拟定了预设分析方案、单关节旋转方案、贡献度分析方案;根据预设并通过Matlab机器人工具箱对机械臂末端点整体位置偏移量进行仿真,得出四个结构参数（关节零位角度θ、杆长a、扭转角α、杆件偏置d）误差对末端点位置偏移量的贡献度分别为36.2%、28.8%、6.4%、28.6%;再根据单关节旋转方案与逆向分析方案计算出各个关节处各参数误差所允许的最大误差值,为精度分配提供数据参考。（4）将关节间隙等效为无质量连杆,并对关节间隙进行了矢量表示与概率模型的计算;对平面二自由度机械臂关节间隙模型进行分析并延伸至空间八自由度关节间隙模型,得出八自由度机械臂末端位置误差的分布函数为（?）0≤r≤8,其分布函数为一椭球区域内的三重积分。本文通过数值分析、模拟仿真相结合的方式,对聚变堆维护机械臂末端位置误差进行分析,分别对其形变、结构参数、关节间隙等误差源进行了研究计算,得出各参数对机械臂末端位置的影响或概率分布,对机械臂的精度分配以及误差标定与补偿有一定的参考意义。图[56]表[18]参[86]
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