钢结构节点机器人相贯线数字化切割技术研究

摘要

本文密切结合大型钢结构建筑的数字化制造需求,在教育部博士点基金项目“空间复杂相贯线五自由度混联机器人数字化切割方法”的资助下,研究钢结构节点机器人相贯线数字化切割技术,开发相贯线切割轨迹生成和校验软件。在提出钢结构数字化切割工艺流程的基础上,研究基于CAD软件的数据自动提取算法、钢结构节点数学建模方法、相贯线切割轨迹生成算法等内容,通过计算机仿真和工程应用,验证提出方法的有效性。全文取得成果如下:
　　(1)提出一套基于机器人的钢结构节点数字化制造工艺流程,包括钢结构数字化模型、节点特征数据自动采集和校验、节点构件相贯线建模与轨迹生成、相贯线机器人切割和整体结构焊装,为复杂空间钢结构建筑数字化制造提供技术支持。
　　(2)在钢结构设计数模信息的自动采集、融合分析和校验方面,借助AutoCAD和SolidWorks软件二次开发技术实现钢结构节点特征数据的自动提取、处理、分类和校验。通过定义一般钢结构节点特征数据格式,规格化输出节点数据文件,为钢结构数字模型校验和加工制造建立标准化的数据接口。
　　(3)提出两种钢结构节点相贯线的建模方法。其一,应用解析法建立常见规则相贯节点相贯线的数学模型,并提出以支管母线运动方法构造复杂相贯曲线切割轨迹的实时求解算法。其二,应用钢构三维数模建立复杂截面相贯节点模型,借助软件的二次开发技术从几何模型中直接分析和提取节点相贯线轨迹,依据坡口角切割标准生成机器人操作空间切割轨迹。
　　应用上述研究成果,为TriVariant-B混联机器人开发相贯线数字化切割软件。多项工程应用结果表明,所获得的相贯线和坡口达到标准要求,充分验证本文提出的方法的正确性和有效性,相关研究成果对实现空间复杂钢结构的数字化制造具有重要的工程实用价值。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章 钢结构节点数模信息自动采集和校验

2.1 引言

2.2 节点相贯线数字化切割工艺流程

2.3 节点数据自动提取方法

2.4 节点特征数据分析与规格化输出

2.5 三维模型自动重建

2.5 小结

第三章 相贯线解析建模

3.1 引言

3.2常见相贯类型和求解算法

3.2方管-圆管相贯

3.3方管-球相贯

3.4方管-凸台相贯

3.5 圆管-环相贯

3.5 圆管-板相贯

3.6 椭圆管-椭球相贯

3.8 小结

第四章 相贯线轨迹生成和检验方法

4.1引言

4.2 相贯线变步长运动控制算法

4.3 切割轨迹检验方法

4.4 生成轨迹数据软件仿真

4.5 基于CAD的切割路径和切割工具轴线矢量自动提取

4.6 工程应用

4.8 小结

第五章 全文结论与展望

5.1 全文结论

5.2 工作展望

参考文献

参加的科研项目和完成的学术论文

致谢