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开展核退役作业工程机械的关键基础问题的研究,有效提高我国核退役设施处理能力。本文针对核退役工程机械工具头接口单一、可靠性差等缺点,开展多功能机器人工具头通用接口的研究。以Brokk160机器人为研究对象,首先采用Pro/E三维软件设计出一款具有通用性能的工具头接口,通过ANSYS有限元软件对其结构进行静力学分析、模态分析和谐响应分析。然后利用ADAMS仿真软件模拟实际工况工具头接口运动情况,深一步对其进行动力学分析。最后通过ANSYS有限元软件对工具头接口进行参数化设置,分析其结构设计的可靠性。具体研究内容如下:(1)首先对工具头接口进行三维结构设计,通过分析工具头通用接口的工作尺寸和作业范围,结构高强度/质量比材料选择,以及工具头接口的工作原理和连接的工具头类型,对工具头接口铰接处进行强度校核,初步设计出工具头接口的三维模型。(2)从静力学理论出发,采用ANSYS有限元软件对工具头接口进行力学分析,得出其应力云图和最大变形量,分析模型设计可靠性。(3)从机械振动学理论出发,介绍模态分析在多自由度系统的强迫振动,运用机械振动原理和方法,采用ANSYS有限元软件对工具头接口进行模态分析和谐响应分析。提取工具头接口前6阶模态,将其固有频率与激励频率相比较,得出最低阶固有频率远远大于所施加的激励频率,可得工具头接口结构振动频率越小,其通用连接性能越好。(4)从运动学、动力学理论出发,采用ADAMS仿真软件模拟Brokk机器人携带液压锤工具头在90。和60。锤击石块两种工况,对工具头接口进行动力学仿真。仿真分析工具头接口速度、位移、受力变化情况,并相互比较,提高工具头接口工作性能。(5)为了验证工具头接口结构设计的可靠性,采用ANSYS可靠性模块对所选参数进行参数化设置,利用响应面法,分析工具头接口输入参数对输出参数变形量的影响,得出结构的可靠度和灵敏度。研究分析表明:本文所设计的多功能Brokk机器人工具头接口具有较好的通用性和作业性能强,传递性能较好的特点。通过智能遥控装置,可在一定程度上提高核应急环境下Brokk机器人工具头接口快速更换工具头的能力和效率。