成品油储备在国民经济中占有举足轻重的地位,储油罐定期清洗的要求使得清洗工作日渐繁重。随着人们绿色生产意识的提高,传统的清洗方式逐渐被淘汰,清洗机器人作业,无需人员进罐、安全、高效,已成为新兴产业。本课题组成功研发了一款可变形式成品油内浮顶罐清洗机器人,但一代设计样机存在重量大、体积大、外部管路交错位置不定等问题。为解决上述问题,本文以轻量化、小型化为优化目标,从整体到局部、优化设计与改进设计相结合的设计思路,展开了优化设计,具体研究内容如下:1.优化理论、ANSYS workbench中优化方法及优化方案的研究。探讨了优化理论的基本原理、数学模型、优化设计三要素,明确清洗机器人优化设计的三要素;通过分析比较ANSYS workbench中多种优化方法,确定本文采用六西格玛灵敏度分析与多目标驱动联合优化的方法;综合理论与方法的分析,提出清洗机器人具体的优化方案。2.整体结构尺寸的优化设计研究。基于工作状态下稳定性关系,在设定的机器人质量、高度前提下,通过受力分析计算确定优化后机器人接地履带长、宽;并分别采用理论计算、ADAMS仿真分析的方法,验证特殊工况下机器人的稳定性。3.履带底盘结构件优化,提高牵引性能分析研究。基于底盘横梁的重要性,在静力学分析的基础上,采用六西格玛灵敏度分析方法,确定对目标函数影响较大的设计变量,进一步采用多目标驱动优化的方法,确定设计变量的最优值;通过分析履带结构对清洗机器人在不同厚度油泥中牵引性能的影响,提出改变其结构,增大牵引力的方法。4.零部件的改进设计研究。通过分析原设计喷头支架存在的问题,提出独特的可变形水管喷头支架设计,基于曲柄摇块机构最大输出转矩法分析计算,确定液压缸最佳支点,并通过模态分析,判断结构的合理性;基于集成块典型孔道局部压力损失的分析,提出直孔、圆锥式管路转接装置的设计。5.样机试验研究。制造样机,搭建试验系统,通过测量试验研究,验证优化的有效性;通过基本功能试验研究,验证优化的合理性。