室外高空幕墻輔助安裝機器人系統(tǒng)的研究.pdf

1、進入21世紀以來,我國城市化進程不斷加快,越來越多的高層建筑拔地而起。建筑幕墻作為建筑物的主導性外圍裝飾品,越來越受到人們青睞,大量的室外高空幕墻的安裝工程為我國建筑裝飾業(yè)帶來了新的發(fā)展契機。由于我國建筑業(yè)的整體機械化水平低,目前我國高空幕墻的安裝大多仍舊依賴人工,不僅勞動強度大,而且危險性極高,極易出現(xiàn)高墜傷亡等各類安全事故。本課題來源于國家“十二五”科技支撐計劃項目(項目編號:2012BAF07B00),針對上述問題,開展室外高空幕

2、墻安裝的智能化施工裝備的相關技術研究,旨在研發(fā)出適用于高層建筑幕墻安裝的自動化施工設備。
　　通過對國內(nèi)外建筑幕墻安裝施工現(xiàn)狀的分析,以及深入工程實地的調(diào)研,得到了室外高空作業(yè)相對于一般建筑施工的特點。在此基礎上,結(jié)合高空幕墻的大尺寸、大重量等要素,總結(jié)限制我國高層建筑幕墻實現(xiàn)自動化安裝的技術難點,并從中提煉出本課題研究的要點。再從我國建筑業(yè)施工水平和自動化行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā),概括出了一種適合于自動化安裝的室外高空幕墻安裝的施工工藝

3、方案,并擬定出一套現(xiàn)實可行的室外高空幕墻輔助安裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝于專用的高空懸掛作業(yè)平臺上。為使系統(tǒng)的適用于狹長空間工作在簡化關節(jié)驅(qū)動形式的基礎上,構建出主體結(jié)構為六自由度串聯(lián)式機械手的機器人,它能夠最大限度模擬人工安裝過程,靈活性高,可以提高工人對于安裝過程的可觀測性和可控性。
　　在系統(tǒng)的機械結(jié)構設計中,運用機構的影響系數(shù)法,建立機構的一階影響系數(shù)矩陣(Jacobian矩陣)和二階影響系數(shù)矩陣(Hessian矩陣)。為了驗證機

4、械結(jié)構的合理性,構建完整的機械結(jié)構數(shù)學模型;分析機構的運動學特性,為機構尺寸設計和優(yōu)化提供理論依據(jù)。在此基礎上,根據(jù)機器人運動學理論,推導機械手的末端執(zhí)行器的運動學反解,并建立機械手位姿參數(shù)與參考方位的余弦矩陣之間的數(shù)學表達式,構建機械系統(tǒng)的運動學仿真模型,進而驗證機構的可靠性。
　　論文最后對控制系統(tǒng)進行研究探討,提出一種基于阻抗控制的人機協(xié)作安裝策略,該方法能充分模擬人工安裝,使機器人系統(tǒng)的負載力、人工操作力能與環(huán)境接觸力有利