| 摘要 | 第5-6页 |
| Abstract | 第6页 |
| 第1章 绪论 | 第10-18页 |
| 1.1 课题背景 | 第10页 |
| 1.2 课题研究目的和意义 | 第10-11页 |
| 1.3 盾构机换刀机器人及其相关技术研究现状 | 第11-17页 |
| 1.3.1 法国TELEMACH项目 | 第11-12页 |
| 1.3.2 英国Jet-Snake蛇形机器人 | 第12-13页 |
| 1.3.3 欧盟NeTTUN项目 | 第13-14页 |
| 1.3.4 其他相关技术的研究 | 第14-17页 |
| 1.4 本文主要研究内容 | 第17-18页 |
| 第2章 盾构机换刀机器人系统研究 | 第18-28页 |
| 2.1 引言 | 第18页 |
| 2.2 泥水平衡盾构机及其换刀作业 | 第18-21页 |
| 2.2.1 泥水平衡盾构机结构及工作原理 | 第18-20页 |
| 2.2.2 人工换刀作业环境及基本方法 | 第20-21页 |
| 2.3 盾构机换刀机器人研发困难及主要任务 | 第21-22页 |
| 2.4 盾构机换刀机器人系统设计方案 | 第22-27页 |
| 2.4.1 换刀机器人系统设计思想 | 第22页 |
| 2.4.2 换刀机器人系统结构组成 | 第22-24页 |
| 2.4.3 滚刀的新型安装方式及更换工具 | 第24-25页 |
| 2.4.4 换刀机器人系统作业流程及区域 | 第25-27页 |
| 2.5 本章小结 | 第27-28页 |
| 第3章 换刀机器人系统所需换刀臂设计 | 第28-38页 |
| 3.1 引言 | 第28页 |
| 3.2 换刀臂总体设计方案选择 | 第28-31页 |
| 3.2.1 换刀臂的技术要求 | 第28-29页 |
| 3.2.2 构型及自由度的选择 | 第29-30页 |
| 3.2.3 驱动及控制方式选择 | 第30-31页 |
| 3.2.4 材料的选择 | 第31页 |
| 3.3 换刀臂机械本体结构设计 | 第31-35页 |
| 3.3.1 臂体及各关节结构设计 | 第32-33页 |
| 3.3.2 执行器驱动力的估算与设计 | 第33-35页 |
| 3.4 换刀臂主要性能参数 | 第35-37页 |
| 3.5 本章小结 | 第37-38页 |
| 第4章 换刀臂运动学及工作空间分析 | 第38-56页 |
| 4.1 引言 | 第38页 |
| 4.2 运动学方程建立及求解 | 第38-50页 |
| 4.2.1 正向运动学方程 | 第38-43页 |
| 4.2.2 逆向运动学求解 | 第43-47页 |
| 4.2.3 液压缸长度与关节转角的关系 | 第47-50页 |
| 4.3 换刀臂工作空间分析 | 第50-55页 |
| 4.3.1 工作空间的描述 | 第50-51页 |
| 4.3.2 基于Monte Carlo方法的工作空间求解 | 第51-53页 |
| 4.3.3 基于MATLAB Robotics Toolbox的仿真验证 | 第53-55页 |
| 4.4 本章小结 | 第55-56页 |
| 第5章 换刀臂有限元分析及结构优化 | 第56-70页 |
| 5.1 引言 | 第56页 |
| 5.2 机械结构分析的有限元法 | 第56-57页 |
| 5.2.1 有限元法的基本思想及步骤 | 第56页 |
| 5.2.2 ANSYS Workbench平台 | 第56-57页 |
| 5.3 换刀臂的有限元分析 | 第57-63页 |
| 5.3.1 模型的处理及导入 | 第57-58页 |
| 5.3.2 材料分配及接触设置 | 第58-59页 |
| 5.3.3 单元选择及网格划分 | 第59-60页 |
| 5.3.4 载荷及约束的施加 | 第60-61页 |
| 5.3.5 模型求解及后处理 | 第61-63页 |
| 5.4 换刀臂的结构优化 | 第63-69页 |
| 5.4.1 换刀臂优化设计方法 | 第63-64页 |
| 5.4.2 换刀臂结构优化过程 | 第64-67页 |
| 5.4.3 换刀臂结构优化结果 | 第67-69页 |
| 5.5 本章小结 | 第69-70页 |
| 第6章 结论与展望 | 第70-72页 |
| 6.1 结论 | 第70页 |
| 6.2 展望 | 第70-72页 |
| 参考文献 | 第72-78页 |
| 致谢 | 第78-80页 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 | 第80-82页 |
| 附录 | 第82-86页 |
| A 正逆运动学MATLAB程序 | 第82-84页 |
| B 工作空间MATLAB程序 | 第84-85页 |
| C Robotics Toolbox工作空间验证程序 | 第85-86页 |
