一种装校设备的改进设计与研究.pdf

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1、DOI:10.13841/j.cnki.jxsj.2012.07.023第29卷第7期机械设计Vol．29No．72012年7月JOURNALOFMACHINEDESIGNJul．2012*一种装校设备的改进设计与研究1123谢志江，马伟，倪卫，刘小波(1．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030;2．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900;3．重庆电子工程职业学院，重庆401331)摘要:ORU装校设备是用于将光学元件安装在大型激光装置上的专用设备。针对因大型激光装置内部对操作人员来说是盲区所带来的干涉、

2、碰撞等主要问题，提出在ORU装校设备上新增六维力和力矩传感器的改进设计方案，阐述构建思路，建立了动力学模型并加以分析。在装校设备样机上进行干涉试验，得到力及位姿曲线，对改进设计方案进行验证。试验结果表明，ORU装校设备的改进设计方案是可行的，解决了样机中存在的主要问题，提高了装校设备的自动化程度，达到了柔性装校的目的。关键词:大型激光装置;六维力和力矩传感器;动力学模型;柔性装校中图分类号:TP249文献标识码:A文章编号:1001－2354(2012)07－0016－04在大型激光装置光路上有数目众多的光学元件，光装置。在托板表面

3、安装有双轴倾角传感器，用以检［1－2］这些光学元件规格不一，与机械组合在一起构成测ORU在x轴和y轴上的倾角。在线可替换单元(OnlineReplaceableUnit，ORU)。ORU的安装是通过专用设备(以下称装校设备)实现的，装校设备工作的稳定性、精密性、安全性和高效性将直接影响ORU的安全及大型激光装置的工作效率。［3］目前已完成装校设备样机的研制，并进行了试运行。但由于大型激光装置内部对操作人员来说是盲区，无法进行有效观测，所以在安装ORU的过程中会产生干涉及碰撞现象，这就增加了ORU的损伤风险。同时样机自动化程度较低，人

4、为干预过多，影响了装校效率。文中是对样机的使用情况进行深入研究之后的图1样机装校示意图成果，研究重点是如何解决样机中存在的关键问题ORU安装流程如下:在操作间将ORU安装在托［3］以达到柔性装校的目的，主要包含以下几方面的板上后，通过转运装置移动装校设备至大型激光装置内容:介绍装校设备样机的基本设计方案，并分析存下部，调整6－DOF平台使ORU处于水平状态且使滑在的主要问题;提出装校设备的改进设计方案，阐述轮对准大型激光装置中导轨，提升托板将ORU送至指构建思路。推导动力学模型，得出ORU位姿计算公定高度，然后由ORU自身上的机械自

5、锁机构完成与大式。在装校设备样机上进行干涉试验，验证改进设型激光装置的锁定，此时托板即可下降至底部，完成安计方案的可行性。装过程。但在实际应用中发现存在以下两方面问题:(1)1样机现状分析在提升托板的过程中由于丝杠变形、机械误差等原因，如图1所示，x轴垂直纸面向里。实线部分表示ORU会发生倾斜，从而与大型激光装置发生干涉，反样机，虚线部分表示ORU，双点划线部分表示大型激映到局部为滑轮与导轨发生斜碰撞，此时就须手动操*收稿日期:2011－08－15;修订日期:2012－01－18基金项目:“十五”国家重大科技专项基金资助项目(RCL

6、F－GL－HT－T01．2(2005)110)作者简介:谢志江(1963—)，男，湖南双峰人，教授，博士，博士生导师，主要从事机械创新设计、设备监测诊断等研究。2012年7月谢志江，等:一种装校设备的改进设计与研究17作6－DOF平台重新调整ORU姿态以便继续提升。从而驱动执行机构实现有效物理响应，实现柔性装校。(2)由于地面不平，通过ORU在装机设备中的位姿来整个过程完全由计算机完成，无需人工干预，提高了装推导ORU与大型激光装置的相对位姿具有一定的随校设备的自动化程度。机误差，所以对提升高度无法做到精确控制，ORU一在整个系统中

7、，六维力和力矩传感器，以及6－旦超过提升高度，容易与大型激光装置内部顶面发生DOF平台控制驱动系统在物理硬件和数学模型之间碰撞。这两方面对ORU造成了极大安全隐患。建立起了连接的桥梁，二者的动态特性会对整个系统的动态特性产生关键的影响，在设计时须着重考虑。2改进设计分析另外，动力学解算单元是系统数学模型中最复杂的部［5］分，会加重系统的迟滞现象，应采取必要的措施加快完成ORU安装的难点在于大型激光装置内部大其处理速度。部分区域对操作人员来说是盲区，无法进行有效观测。同时由于大型激光装置及ORU的特殊性，其上均不允3动力学解算许增加任

8、何附属物体，所以欲解决上述问题只能从装校设备上入手。由于装校设备工作于大地上，故将其与大地等效根据样机现状分析，ORU与大型激光装置发生干为一体，将装校设备简化为ORU与大型激光装置两刚［6］涉及碰撞现象，二者的本质均为大型激光装置与