墙面抹平机器人设计及仿真

摘要

随着社会经济、技术的进步和人类生活水平的不断提高，要求建筑施工向安全、高效、优质等方向发展。同时，建筑业中的人工费用较高，因此使用自动化工程机械或建筑机器人作业，适应整个建筑行业的发展。对于占用建筑施工技术较多的墙面处理方面的机器人，现在还很不成熟，这方面的研究要求日趋强烈。国外尤其是日本对建筑机器人的研究已经取得很多成果，并已应用于施工现场；国内的喷浆机器人等建筑机器人也取得了很多成果。而关于建筑物内墙壁施工的机器人，国内外的报道很少。 基于CAD/CAE软件技术，本文以建筑物内墙面抹平机器人为研究对象，对墙面抹平机器人的机械结构设计、运动学和动力学仿真进行了初步的研究。 结合现有的抹平机械及墙面抹平的相关专利和建筑物内墙面抹平的作业方式，提出墙面抹平机器人的设计方案。利用SolidWorks软件建立机器人的实体模型，利用集成的CAE软件COSMOS对机器人模型进行了工程分析。利用COSMOSMotion模块对设计的机器人进行了运动学仿真分析；应用SolidWorks嵌入的ADAMS/Solver对机器人墙面抹平动作产生的运动方程，进行了求解，实现了机器人的运动仿真；获得了机器人在作业过程中升降、横移以及抹平作业的运动特性曲线，分析了对机器人设计的影响。以有限元分析模块COSMOSWorks对墙面抹平机器人的主要部件进行静态和模态分析。通过静态分析对机器人主要部件及简化模型进行了强度校核。由模态分析得出前5阶模态的固有频率和振型，分析了各阶模态对其产生的影响，详细地分析了各阶模态下的振型及其危害，并提出了改善机器人设计的措施。论文还设计了基于Laser-PSD倾斜量测量的墙面抹平机器人自动校正伺服系统。该系统可以校正由于墙面抹平力引起的机器人远离墙面的状况，保证墙面抹平的厚度和质量。 本文所作的工作，从数值仿真的角度为建筑物内墙面抹平机器人进一步的运动学、动力学分析和控制研究提供了参考依据，也为墙面抹平机器人的结构优化提供了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1本课题的研究背景

1.2建筑机器人的国内外发展现状

1.3墙面抹平装置及机器人的研究现状

1.4本文的主要研究内容及技术路线

1.5本章小结

2墙面抹平机器人设计及三维建模

2.1三维建模软件SolidWorks简介

2.2墙面抹平机器人的整体方案设计

2.3墙面抹平机器人三维实体建模

2.4墙面抹平机器人技术参数

2.5本章小结

3墙面抹平机器人运动学仿真

3.1 COSMOSMotion概述

3.2墙面抹平机器人的运动学分析

3.3基于COSMOSMotion的墙面抹平机器人运动仿真

3.4运动仿真结果分析

3.5本章小结

4墙面抹平机器人动力学仿真

4.1结构有限元模态分析

4.2 COSMOSWorks模态分析

4.3墙面抹平机器人的静态分析

4.4墙面抹平机器人动力学仿真

4.5本章小结

5墙面抹平机器人倾斜自动校正伺服系统设计

5.1自动校正概述

5.2倾斜量测量方法

5.3 LASER-PSD测理电路

5.4校正伺服系统的设计

5.5校正伺服系统的仿真

5.6本章小结

6结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况