本文基于应急抢险作业机器人特殊工作环境,对机器人工具头自动更换技术进行研究,设计出一款快换装置,其中快换装置公头与机械臂端相连、母头与机械臂端相连。通过此快换装置可以利用远程操控的方式完成工具头的自动更换任务,对提高应急抢险作业机器人的工作效率及安全性具有重要意义。本文的具体研究如下:(1)本文以BROOK机器人为研究对象,充分了解快换装置的对接原理、锁紧装置的构造以及如何实现工具头的油、液接通等功能;然后根据应急抢险作业机器人实际作业环境确定快换装置的设计指标,对快换装置的整体结构进行了设计,并用UG绘制其三维模型,分析了其结构的可行性;由于快换装置自身的特定功能需求对如电机等关键部件进行了理论分析和选型。(2)为了提高换装效率以及避免对接时出现卡顿现象,本文对快换装置的位置和姿态方向的容差能力进行研究,列出对接时所需的几何条件,然后利用软件绘制位姿容差图,并得出快换装置公、母头之间的最大容差范围。最后使用ADAMS对快换装置的容差能力进行的仿真验证。(3)为了验证快换装置在实际工况下的性能,本文以挖掘工况为研究目标对快换装置进行静强度分析。首先对应急抢下作业机器人建立整机力学模型,由此建立快换装置的力学模型;然后利用ABAQUS有限元软件对快换装置进行力学分析,最终得出快换装置的应力以及应变云图,进而验证快换装置的静强度。(4)以液压冲击锤工作时的工况为目标,本文研究了快换装置的动特性,列出快换装置的振动力学方程;然后使用ABAQUS对快换装置进行了模态分析,得出其固有频率,以验证结构的合理性;最后使用有限元软件对快换装置进行了模态动力学分析,得出最大应力处应力随时间变化曲线以及最大应变云图,由此对快换装置的动态强度进行了验证。本文设计了满足工作要求的应急抢险作业机器人快换装置,此装置具有良好的通用性,而且由于实现电、液接通的部件在快换装置表面安装,很大程度上使其避免了受到过大载荷而损坏的情况,为后续快换装置的进一步研究提供了依据