幕墙安装建筑机器人系统关键技术研究

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。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2幕墙安装建筑机器人发展现状

1.3幕墙安装机器人关键技术

1.4本课题研究的意义

1.5课题的主要内容

第二章 幕墙安装施工工艺与机器人系统

2.1引言

2.2幕墙安装施工工艺

2.3机器人施工工艺

2.4机器人系统总体方案构建

2.5安装机器人系统设计

2.6本章小结

第三章 安装机器人运动学分析与研究

3.1引言

3.2位姿检测

3.3安装机器人运动学分析

3.4奇异位形与工作空间

3.5 本章小结

第四章 机器人系统振动及其抑制

4.1引言

4.2系统振动分析

4.3抑振方法研究

4.4仿真与实验

4.5本章小结

第五章 复杂建筑环境幕墙定位方法研究

5.1引言

5.2幕墙传感定位系统

5.3结构光视觉检测

5.4结构光视觉系统标定

5.5标定实验

5.6本章小结

第六章 系统集成与工程实验

6.1引言

6.2系统集成与样机研制

6.3安装机器人定位精度测试

6.4板材安装实验

6.5本章小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2工作展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢