学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

幕墙安装建筑机器人系统关键技术研究

作 者: 杨冬
导 师: 李铁军
学 校: 河北工业大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 幕墙安装 建筑机器人 串并联 标定 振动抑制
分类号: TP242
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
下 载: 34次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


随着我国城市化进程的不断加快,建筑幕墙作为现代建筑物的主导性外部装饰,越来越受到人们的青睐。在建筑幕墙安装施工中,普遍存在着工人劳动强度大、现场安全性差、施工效率低、施工质量难以保证、工艺标准不统一等问题。本文在国家高技术研究发展计划(863计划)板材安装室内装修机器人系统研究(2007AA04Z240)项目的支持下,根据建筑板材安装工艺与安装施工现场环境特征,开展幕墙安装建筑机器人系统关键技术的研究,旨在研发出适用于建筑幕墙安装的自动化、智能化施工设备。本文将围绕幕墙安装机器人的关键技术进行如下研究:1.首先,对目前建筑幕墙手工安装工艺与安装过程中存在的问题进行分析,根据自动化安装的特点,制定出建筑幕墙自动化安装工艺。考察现有国内外建筑机器人及建筑幕墙安装机器人的研究现状,并结合自动化安装工艺对安装机器人结构进行研究与设计。2.根据安装机器人的工作流程,应用机器人运动学理论,建立了串并联结构的运动学反解方程。通过仿真软件对并联机构的反解方程进行了验证,为机器人运动控制提供可靠的理论依据。对并联机构的奇异位形进行了分析,并利用数学分析软件对其姿态调整的工作空间进行搜索求解。3.针对幕墙安装机器人系统工作过程中操作机械手的低频振动,对安装机器人提升系统结构进行了振动模态分析,确定影响幕墙安装精度的振动模态。结合本系统的振动特性,探索基于被动方式的阻尼抑振方法。根据系统振动参数及阻尼抑振原理,提出一种抑振扶墙机构,使系统振动接近临界阻尼振动达到预期的抑振目标。4.运用基于结构光的视觉检测方法检测待安装板材相对于墙体的位置,以克服非结构化建筑环境对图像处理检测精度的影响。通过对结构光视觉数学模型的分析与图像处理算法的研究,建立基于线结构光的视觉检测系统。应用基于神经网络的摄像机在线标定方法,解决复杂建筑环境下的视觉系统参数标定问题。最后,研制幕墙安装机器人样机,并在模拟工况和实际工程上对系统进行实验验证。实验结果证明,幕墙安装机器人系统理论依据充分,串并联混合六自由度结构设计合理,能够完成建筑幕墙的自动化安装,提高大型板材安装的自动化水平。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 课题研究背景  11-15
    1.1.1 行业背景  11-13
    1.1.2 行业需求分析  13-15
  1.2 幕墙安装建筑机器人发展现状  15-20
  1.3 幕墙安装机器人关键技术  20-21
  1.4 本课题研究的意义  21
  1.5 课题的主要内容  21-23
第二章 幕墙安装施工工艺与机器人系统  23-47
  2.1 引言  23
  2.2 幕墙安装施工工艺  23-29
    2.2.1 建筑幕墙分类  24
    2.2.2 传统幕墙安装工艺  24-28
      2.2.2.1 干挂石材幕墙  25-26
      2.2.2.2 玻璃幕墙  26-27
      2.2.2.3 金属板幕墙  27-28
    2.2.3 传统幕墙安装施工流程  28-29
    2.2.4 施工工艺难点分析  29
  2.3 机器人施工工艺  29-32
    2.3.1 自动化工艺  29-31
    2.3.2 机器人安装动作流程  31-32
  2.4 机器人系统总体方案构建  32-36
    2.4.1 人机系统  32-33
    2.4.2 机械系统设计要求  33-34
    2.4.3 系统总体方案  34-35
    2.4.4 移动本体  35-36
  2.5 安装机器人系统设计  36-45
    2.5.1 总体结构  36-39
    2.5.2 并联平台机构  39-41
    2.5.3 三自由度移动机构  41-43
    2.5.4 幕墙吸附机构  43-45
    2.5.5 串并联混合机器人整体结构模型  45
  2.6 本章小结  45-47
第三章 安装机器人运动学分析与研究  47-65
  3.1 引言  47
  3.2 位姿检测  47-48
    3.2.1 姿态传感检测  47-48
    3.2.2 位置传感检测  48
  3.3 安装机器人运动学分析  48-61
    3.3.1 刚体空间描述  49-50
    3.3.2 机构建模  50-51
    3.3.3 求解运动学逆解  51-54
    3.3.4 方向余弦矩阵求解  54-58
    3.3.5 并联平台位置反解仿真验证  58-60
    3.3.6 位置求解  60-61
  3.4 奇异位形与工作空间  61-64
    3.4.1 奇异位形分析  61-62
    3.4.2 并联机构工作空间  62-64
  3.5 本章小结  64-65
第四章 机器人系统振动及其抑制  65-87
  4.1 引言  65
  4.2 系统振动分析  65-77
    4.2.1 机器人振动特性分析  65-68
      4.2.1.1 平台提升机构  65-66
      4.2.1.2 振动因素分析  66-68
    4.2.2 提升机构振动模态分析  68-73
      4.2.2.1 模态分析  68-69
      4.2.2.2 提升门架模态分析  69-73
    4.2.3 提升平台机构建模  73-76
    4.2.4 系统固有特性参数求解  76-77
  4.3 抑振方法研究  77-83
    4.3.1 振动抑制的研究现状  77-79
    4.3.2 能量吸收抑制  79-80
    4.3.3 过阻尼抑制模型  80-81
    4.3.4 阻尼值确定  81-82
    4.3.5 扶墙机构  82-83
  4.4 仿真与实验  83-85
    4.4.1 抑振系统仿真  83-84
    4.4.2 抑振实验  84-85
  4.5 本章小结  85-87
第五章 复杂建筑环境幕墙定位方法研究  87-113
  5.1 引言  87
  5.2 幕墙传感定位系统  87-100
    5.2.1 检测环境分析  87-90
      5.2.1.1 光照条件  87-89
      5.2.1.2 纹理特性  89-90
      5.2.1.3 幕墙尺寸  90
    5.2.2 结构光视觉原理  90-91
    5.2.3 视觉系统数学建模  91-94
    5.2.4 结构光位置检测模型建立  94-98
    5.2.5 系统硬件设计  98-100
  5.3 结构光视觉检测  100-105
    5.3.1 图像的滤波  100-102
    5.3.2 结构光线条提取  102-104
    5.3.3 距离检测  104-105
  5.4 结构光视觉系统标定  105-109
    5.4.1 摄像机标定方法概述  105-106
    5.4.2 线结构光视觉传感器结构参数的标定  106-107
    5.4.3 在线神经网络标定方法  107-109
      5.4.3.1 参数标定  107-108
      5.4.3.2 参数修正  108-109
  5.5 标定实验  109-111
  5.6 本章小结  111-113
第六章 系统集成与工程实验  113-129
  6.1 引言  113
  6.2 系统集成与样机研制  113-118
    6.2.1 机械系统  113-114
    6.2.2 控制系统硬件  114
    6.2.3 在线示教控制  114-116
    6.2.4 应用控制软件  116-118
  6.3 安装机器人定位精度测试  118-121
    6.3.1 定位精度测量  118-120
    6.3.2 定位误差分析  120-121
  6.4 板材安装实验  121-127
    6.4.1 模拟安装实验  121-124
    6.4.2 施工现场板材安装实验  124-127
  6.5 本章小结  127-129
第7章 结论与展望  129-131
  7.1 结论  129-130
  7.2 工作展望  130-131
参考文献  131-137
攻读学位期间所取得的相关科研成果  137-139
致谢  139

相似论文

  1. 我国典型低挥发分煤热解成分的定量分析,TQ530.2
  2. 基于OpenCV的集装箱加强板焊接自动定位系统的开发,U169
  3. 高压共轨技术在柴油发动机开发中的应用研究,TK42
  4. 基于线特征的相机标定与定向方法研究,TP391.41
  5. 基于MEMS陀螺的惯性测量单元的标定与应用,V241.5
  6. 家蚕HSP基因的表达调控研究,S881.2
  7. 家蚕细胞色素P450的基因表达调控研究,S881.2
  8. 挠性航天器的姿态控制及振动抑制研究,V448.2
  9. 基于机器视觉的贴片安装锡膏三维检测,TP391.41
  10. 视觉测量系统的摄像机标定及其应用研究,TP391.41
  11. 水果采摘机器人视觉控制及其轨迹规划研究,TP242.6
  12. 小风量试验系统设计与应用研究,TH765.4
  13. 高温热态物体三维测量技术研究,TP391.72
  14. 非单视点折反射全向相机的自标定方法研究,TP391.41
  15. 基于数字图像处理的拱顶位移监测系统研究,TP391.41
  16. 背光影像式汽车发动机曲轴沟槽自动精密测量研究,U464
  17. 凝视成像激光雷达系统的动态特性研究,TN958.98
  18. 底盘电力测功机标定方法,U467.4
  19. 排球视频中的运动目标检测与跟踪,TP391.41
  20. 自行走龙门式建筑机器人虚拟样机建模及运动学动力学分析,TP242
  21. 基于机器视觉的工业机器人抓取技术的研究,TP242.2

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
© 2012 www.xueweilunwen.com