基于力反馈与视觉的板材安装遥操作系统研究

摘要

随着建筑业以及设备制造相关技术的飞速发展，机械化逐步渗透到建筑工程领域，有效地缓解了建筑施工面临的安全性差、施工效率低以及工人劳动强度大、危险性高等问题。本课题研究是在国家“十二五”科技支撑计划项目支持下，针对已研制板材安装机器人系统存在的安装平台安全性差、板材挂件粘接误差、安装过程感知信息不全等导致的安装成功率低等问题，在原有安装策略上引入基于力反馈与视觉的遥操作技术，开展智能化建筑施工的相关研究。
　　通过对国内外建筑施工行业现状的分析以及工程实地调研，总结出建筑施工中的问题与特点，并得出机械化以及脱离现场的高空作业的发展趋势。综合分析了工程领域遥操作技术以及相关的装配技术、测控技术的发展现状。
　　通过对现有板材安装系统以及板材传统安装工艺的分析与研究，提出适合本课题遥操作系统的板材安装工艺流程，并最终确定主手子系统、主从数据传输系统以及从手子系统。主手子系统采用Novint Falcon力反馈手柄对力觉进行反馈，同时产生位置控制信息。从手子系统以串并联板材安装机器人为平台，搭载图像传感器、六维力传感器，分别以图像方式与接触力方式监测板材安装过程中与环境交互的情况。主手子系统与从手子系统之间通过无线通信进行数据交互。
　　通过对串并联机械手平台的运动学分析，以及并联平台位姿测量模型的分析研究，最终确定板材安装系统的位置与姿态控制模型，为板材安装过程的控制奠定了基础。
　　最后提出了基于力反馈与视觉的板材安装遥操作系统的详细控制策略。对整个遥操作系统进行实验与优化。
　　实验结果表明，构建的基于力反馈与视觉的板材安装遥操作系统设计合理，能有效地反馈板材的安装与搬运过程中与环境的交互信息，并能准确地响应主手子系统的控制操作，有效地解决了传统板材安装系统中存在的问题。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景

1.3 遥操作技术发展现状

1.4 板材安装相关技术研究现状

1.5 课题研究意义与研究内容

1.6 本章小结

第二章 板材安装系统方案研究

2.1 传统板材安装工艺研究

2.2 干挂法幕墙安装误差分析

2.3 针对遥操作系统的板材安装工艺研究

2.4 板材安装遥操作系统总体方案

2.5 板材安装遥操作系统控制系统结构

2.6 本章小结

第三章 主从控制端运动学建模

3.1 刚体空间位姿描述

3.2 并联调平系统建模与分析

3.3 串联机械手机构运动学分析

3.4 力反馈手柄的空间模型

3.5 本章小结

第四章 板材安装遥操作系统控制策略研究

4.1 主手子系统控制策略研究

4.2 数据通讯系统研究

4.3 主从控制策略分析与研究

4.4 基于线结构光视觉测距算法研究

4.5 本章小结

第五章 板材安装遥操作系统实验及分析

5.1 主手子系统实验

5.2 主从数据通讯实验

5.3 力反馈及接触状态识别实验

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢