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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

作　者: 李林青
导　师: 徐安平
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 建筑机器人 虚拟样机 运动学仿真 动力学分析
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


建筑自动化(Construction Automation)可有效解决在建筑业中劳动力老龄化以及劳动力缺乏的问题。建筑机器人(Construction Robot,简称CR)是一种在计算机的控制下完全或部分代替人力建造建筑物的机电一体化系统。论文综合运用机械设计、机器人学、多刚体运动学和动力学、以及虚拟样机技术等相关理论和方法,对建筑机器人关键技术进行了较系统深入的研究。所做的工作及取得的创新性研究成果如下:(1)针对传统建筑业存在的问题,提出了一种基于虚拟样机技术的自行走龙门式建筑机器人(Self-Working Gantry Construction Robot,简称SWGCR)系统。(2)基于运动学与动力学理论,对SWGCR进行了结构设计,详细介绍了SWGCR的工作原理,阐述了结构设计过程中需要考虑的问题及相关要求,并对整体结构设计做出了客观评价。(3)基于Solidworks软件环境,建立了SWGCR系统的几何模型;运用动力学仿真软件ADAMS,对该系统中的大车运行机构、丝杠、小车运行机构及安放臂部分进行了仿真分析,获得了一系列运动学仿真曲线。(4)根据SWGCR实际工况,对丝杠的稳定性、整机倾覆、以及整机模态进行了分析,获得了SWGCR不发生倾覆的稳定工作条件。论文工作为丰富和发展建筑机器人技术奠定了基础,对推动建筑业自动化具有重要意义。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
符号说明  8-9
第一章 绪论  9-17
  1-1 课题研究背景及意义  9-10
  1-2 国内外建筑机器人的相关发展状况  10-16
    1-2-1 日本建筑机器人的发展  10-12
    1-2-2 美国建筑机器人的发展  12-13
    1-2-3 我国建筑机器人的发展  13-14
    1-2-4 其它国家建筑机器人的发展  14-16
  1-3 课题存在的问题及本文主要研究内容  16-17
第二章 虚拟样机基础理论  17-26
  2-1 引言  17
  2-2 虚拟样机理论基础  17-23
    2-2-1 虚拟样机的定义及特点  17-18
    2-2-2 虚拟样机技术在国内外不同领域的应用  18-20
    2-2-3 虚拟产品开发  20-21
    2-2-4 ADAMS 软件介绍  21-23
  2-3 多刚体运动学、动力学建模理论基础  23-25
    2-3-1 ADAMS 多刚体系统的组成  23-24
    2-3-2 ADAMS 多刚体的坐标系统  24
    2-3-3 ADAMS 多刚体的自由度  24-25
  2-4 小结  25-26
第三章 整体结构设计及虚拟样机建模  26-40
  3-1 引言  26
  3-2 结构设计方案分析  26-29
    3-2-1 结构设计思路及应满足的要求  26-28
    3-2-2 对整体结构设计的评价  28-29
  3-3 SWGCR 虚拟样机的实现  29-39
    3-3-1 几何模型的建立  29-32
    3-3-2 将三维实体模型导入MSC.ADAMS  32-34
    3-3-3 添加必要的约束和驱动  34-38
    3-3-4 整体自由度验证  38-39
  3-4 小结  39-40
第四章 SWGCR 运动仿真及动力学分析  40-60
  4-1 引言  40
  4-2 SWGCR 运动仿真分析  40-52
    4-2-1 龙门架大车的运动仿真  41-44
    4-2-2 喷头小车的运动仿真  44-46
    4-2-3 安放臂的运动仿真  46-48
    4-2-4 丝杠的运动仿真  48-52
  4-3 SWGCR 稳定性分析  52-56
    4-3-1 SWGCR 工作性能参数  52-53
    4-3-2 丝杠的稳定性分析  53-54
    4-3-3 龙门架稳定性分析  54-56
  4-4 虚拟样机模态分析  56-59
  4-5 小结  59-60
第五章 结论与展望  60-62
  5-1 结论  60
  5-2 展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65

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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
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