大型发电机检修时,如要更换定子铜排,则需要在安装新铜排之前将定子铁心铜排安装槽内残留的附着物去除干净。此项工作主要由工人手持打磨工具钻进定子铁心内部进行打磨清洗,空间狭小、环境恶劣、效率低下,针对此状况,本课题研发了一款便于安装、便于携带、功能齐全的清洗机器人,并开展了机器人的优化分析,进行机器人的轻量化设计。首先,针对定子铁心的结构与残留物的物理化学性质,提出清洗槽内残留物的两种技术方案:干冰清洗技术与激光清洗技术,通过试验验证了清洗的可行性,对比两者的优劣势,激光清洗技术清洗效果好,更符合本课题需求。通过对相关领域的调研,设计了多种清洗机器人的可行方案,并通过对方案的安装便利性、运输便携性、运行效率等方面进行分析比较,电磁吸附式方案具备运输、安装、通用性方面的优势,更符合项目要求。并对机器人的电气方案作了初步设计。其次,针对选定的机器人结构方案,进行各功能部件的详细分析设计:完成激光器的选型,设计反光镜模组的舵机驱动反光镜结构,解决定子槽死角的清洗问题;改进了吸尘管道的设计,解决吸尘效果不好的问题;根据定子铁心的结构参数,完成构成机器人本体三个自由度的直线模组与电动转台的选型;完成主载板及激光器主梁安装板的设计;通过受力分析与选型计算,确认导轨模组布局方案为双列吸附体单列导轨,并对电磁吸盘、导轨滑块、齿轮齿条、伺服电机进行了选型,完成清洗机器人的结构设计。然后,依据有限元法与响应面法,对清洗机器人进行结构优化。使用有限元法对清洗机器人进行静态特性分析,其最大变形量和最大应力值均处于设计要求和刚度许可范围内。利用响应面法对清洗机器人进行结构优化,采样方法为最佳空间填充设计,使用遗传聚合模型对有限元法计算出的静力学分析结果进行拟合得出响应面,并以MOGA法进行寻优。经响应面法优化后,机器人实现减重10.65%,缩减变形10.30%。最后,对定子铁芯槽内清洗机器人进行工艺参数测定,通过一系列试验,得出最佳工艺参数,并计算得出清洗单槽整体耗时约6小时,达成了机器人的设计目标。与人工相比,清洗机器人的清洗效果好、均一性佳、清洗耗时短、所需人工少,实现了定子铁心槽内清洗的自动化,减少了发电机维修的损失。