基于机械臂应用的数字建造研究

发布时间：2023-04-25 20:01

　　数字建造是建筑行业的前沿课题,而机械臂技术的应用能够带来全新的设计与建造模式。本文以机械臂数字建造技术作为研究对象,梳理了数字建造的理论体系,阐述了机械臂数字建造工作系统,解决了部分数据处理问题。作者在学习机械臂3D打印和数控加工技术的过程中参与建造了上海智慧弯3D打印混凝土步行桥、混凝土座椅和NAST木构件实体模型,为不同的加工方式编写了加工程序,绘制了机械臂数字建造加工流程图,为今后的数字建造研究和实践提供一定的借鉴。文章第一、二、三章对数字化研究中触及的参数化、数字建造、机械臂应用等理论以及其中的联系进行深入剖析;在数据转化方面,通过对纳西传统木构件、组合构件生形程序的编写和数据处理,演示了从参数化软件向数控设备传递数据的方法。第四章介绍了数字建造设备及其工作系统,着重阐述了数字建造平台三要素:硬件、软件、材料。在编程语言方面,研究了KCL语言,对循环LOOP、注释和子程序的适用条件进行解析;在机械臂路径规划方面,分析了机械臂的路径编辑和自动路径生成;在加工方式方面,从增材、减材两个角度进行了论述;在编程方面,选用建筑常用软件Rhino和Grasshopper共同作用,利用Rhi...

【文章页数】：186 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 相关研究
        1.2.1 机械臂数字建造的发展
        1.2.2 国外研究现状
        1.2.3 国内研究现状
    1.3 研究的目的和意义
    1.4 研究方法
    1.5 论文框架
第二章 数字建造之理论体系研究
    2.1 数字建造与参数化设计
    2.2 数字建造与机械臂
    2.3 建筑行业与机械臂
    2.4 数字建造之增材制造
    2.5 数字建造之减材制造
    小结
第三章 数字建造之数据处理—以NAST纳西木构件参数化生形研究为例
    3.1 GRASSHOPPER概述
    3.2 数据转化的进步
    3.3 GRASSHOPPER数据拾取
    3.4 GRASSHOPPER参数生形
    3.5 NAST参数化生形研究
        3.5.1 NAST团队对于传统纳西榫的参数化生形研究
        3.5.2 NAST工作室方形讲台参数化生形
    3.6 建模软件与数控设备之间的数据通道
    3.7 不同数据处理方式的对比
    小结
第四章 数字建造设备应用—以机械臂应用为例
    4.1 设备应用概述
        4.1.1 机械臂硬件系统
        4.1.2 机械臂加工中物件的固定
        4.1.3 机械臂世界坐标系和基坐标系以及工具坐标系对于加工的影响
        4.1.4 KCL 语言在机械臂中的应用
    4.2 软件平台搭建
        4.2.1 机械臂加工中同平台的优势
        4.2.2 机械臂加工的模拟真实环境
        4.2.3 机械臂定位方法
        4.2.4 机械臂的路线编辑
    4.3 机械臂数字驱动
        4.3.1 加工方式的选择
        4.3.2 Grasshopper在机械臂驱动中的作用
        4.3.3 KUKA|prc概述
        4.3.4 KUKA|prc机械臂参数设置
    4.4 机械臂数字建造之增材制造
        4.4.1 机械臂增材制造概念
        4.4.2 机械臂增材制造原理
        4.4.3 混凝土三维打印的材料
        4.4.4 机械臂增材建造系统集成
        4.4.5 机械臂增材建造程序编写
    4.5 机械臂数字建造之减材制造
        4.5.1 机械臂减材制造概念
        4.5.2 机械臂减材建造原理
        4.5.3 机械臂减材建造加工技术
        4.5.4 机械臂减材建造系统集成
        4.5.5 机械臂减材制造程序编写
    4.6 机械臂装配在建筑领域的应用
        4.6.1 机械臂装配系统
        4.6.2 机械臂砌砖的程序
        4.6.3 砖墙的手动生形及装配
        4.6.4 案例苏黎世联邦理工学院机器人制造实验室的砖迷宫
    小结
第五章 综合案例研究
    项目案例:上海智慧弯 3D 打印混凝土步行桥建造案例
        5.1 上海智慧弯3D混凝土步行桥混凝土桥概述
            5.1.1 混凝土3D打印建造桥的优势
            5.1.2 混凝土3D打印系统的组成
            5.1.3 当前混凝土3D打印系统中技术人员的工作
            5.1.4 混凝土3D打印路径和欧拉几何的关系
            5.1.5 无效路径的应对
            5.1.6 机械臂的信号输出
        5.2 使用RHINO建模
        5.3 混凝土桥拱块部分制作
            5.3.1 拱块建模
            5.3.2 机械臂找平
            5.3.3 打印拱形构件
        5.4 混凝土桥面板制作
        5.5 混凝土桥拱块开槽和安装
            5.5.1 拱形桥构件开槽
            5.5.2 拱形桥构件安装
        5.6 混凝土桥栏板打印和安装
    项目案例:混凝土座椅建造案例
        5.7 混凝土座椅打印
            5.7.1 CAAD工作营3D打印作业中的计算机生形
            5.7.2 混凝土座椅打印
            5.7.3 3D打印家具的优点
        5.8 参数化铣刀铣切混凝土座椅:
            5.8.1 参数化铣刀路径程序设计
        小结 减材制造与增材制造相结合
    项目案例:NAST机械臂建造实体模型案例
        5.9 NAST机械臂建造实体模型
            5.9.1 NAST机械臂建造实体模型营造概述
            5.9.2 NAST机械臂减材制造硬件系统
            5.9.3 NAST机械臂减材制造前端工具头
            5.9.4 NAST冷板凳加工
            5.9.5 NAST三尺讲台加工
            5.9.6 当前机械臂木构件加工系统中技术人员的工作
        小结 应用机械臂的数字建造系统和机械臂数字建造流程
第六章 结论与展望
参考文献
附录A 图表目录
附录B 参数化程序图表
附录C A0图纸展示
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：3800964