高空智能幕墙安装机器人人机协同控制系统研究
本文关键词:高空智能幕墙安装机器人人机协同控制系统研究,由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】:进入21世纪以来,随着建筑施工技术的不断提升和人们对审美要求的不断提高,大型建筑幕墙开始逐步在大型建筑尤其是地方标志性建筑物中占据了主导地位,越来越受到人们的青睐,大量的幕墙安装工程为我国建筑业带来了新的发展契机。由于我国建筑业的整体智能化施工水平较低,高空幕墙的安装大多依赖人工,不仅劳动强度大、施工效率低,而且危险性高,易出现高空坠落伤亡等各类安全事故。在国家“十二五”科技支撑计划项目(项目编号:2012BAF07B00)支持下,针对上述问题,在原有智能化幕墙安装机器人系统的基础上,引入基于阻抗控制的人机协同技术,开发适合高空幕墙安装作业的机器人控制系统。通过对国内外建筑幕墙安装施工现状的研究,以及深入工程实地调研,得到了室外高空作业相对于一般建筑施工的特点。结合高空幕墙板材的大尺寸、大重量等要素,总结限制我国高层建筑幕墙实现自动化安装的技术难点,并从中提炼出本课题研究的要点。结合本课题组其他同学研发并制作出来的六自由度高空幕墙安装机器人,对其进行运动学分析,建立运动学方程,求出了其运动学正解和逆解,应用蒙特卡洛方法分析了机器人的工作空间,并对机器人进行了轨迹规划。论文着重对控制系统进行了研究和探讨,使用了一种基于阻抗控制的人机协同安装策略。利用两个六维力传感器分别采集操作力和幕墙与环境的接触力,使机器人系统的负载力、人工操作力能与环境接触力有机地匹配起来,提高系统的可靠性和灵活性。为了克服扶手和末端执行器自重对传感器的影响,还研究了力传感器姿态变化时的重力补偿算法,推导出了作用在传感器上的任意力变换到固定坐标系的公式。论文最后在高空智能幕墙安装机器人上对控制系统进行实验,主要包括人机协同控制时的随动性实验及仿真和工地环境下的抗干扰性实验,验证了将阻抗控制用于幕墙人机协作安装的可行性与应用价值。
【关键词】:建筑机器人 人机协同 随动性 阻抗控制
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP242
【目录】:
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-8
- 第一章 绪论8-20
- 1.1 课题的研究背景8-11
- 1.2 课题的来源、目的及意义11
- 1.3 国内外研究现状11-19
- 1.3.1 机器人化建筑施工装备发展现状11-13
- 1.3.2 人机协同机器人系统研究现状13-17
- 1.3.3 人机协同控制方法的介绍与选择17-19
- 1.4 课题主要研究内容19-20
- 第二章 高空智能幕墙安装机器人系统组成20-32
- 2.1 引言20
- 2.2 现有的幕墙安装工艺分析20-26
- 2.2.1 幕墙的分类、安装形式及施工特点20-25
- 2.2.2 现有幕墙安装工艺分析25-26
- 2.2.3 机器人化安装的主要难点26
- 2.3 幕墙安装机器人系统组成26-29
- 2.3.1 幕墙安装机器人27-28
- 2.3.2 幕墙安装机器人高空作业平台28
- 2.3.3 幕墙安装机器人幕墙输送系统28-29
- 2.4 机器人化幕墙安装工艺规划29-31
- 2.5 小结31-32
- 第三章 智能幕墙安装机器人运动学分析32-52
- 3.1 引言32
- 3.2 幕墙安装机器人运动学分析32-42
- 3.2.1 幕墙安装机器人运动学方程32-37
- 3.2.2 幕墙安装机器人运动学逆解37-42
- 3.3 幕墙安装机器人工作空间分析42-44
- 3.3.1 工作空间的确定方法42-43
- 3.3.2 机器人工作空间的求解43-44
- 3.4 幕墙安装机器人轨迹规划44-51
- 3.4.1 机器人轨迹规划数学基础44-49
- 3.4.2 人机协同思想下具有随动性能的轨迹规划49-51
- 3.5 小结51-52
- 第四章 幕墙安装机器人人机协同控制系统研究52-66
- 4.1 引言52
- 4.2 阻抗控制策略的实现52-54
- 4.3 幕墙安装机器人阻抗控制算法54-61
- 4.3.1 幕墙安装机器人末端的等效模型54-55
- 4.3.2 阻抗控制器的设计55-58
- 4.3.3 幕墙安装机器人阻抗控制程序编写58-61
- 4.4 力传感系统的使用与标定61-65
- 4.4.1 力传感器的布置61-62
- 4.4.2 作用在力传感器上任意力的求解62-63
- 4.4.3 姿态改变时力传感器的重力补偿63-65
- 4.5 小结65-66
- 第五章 幕墙安装机器人控制系统实验66-78
- 5.1 引言66
- 5.2 实验系统66-73
- 5.2.1 试验系统硬件67-71
- 5.2.2 实验系统软件71
- 5.2.3 实验系统关键参数的设置71-73
- 5.3 幕墙安装机器人实验73-75
- 5.4 控制系统仿真75-77
- 5.5 小结77-78
- 第六章 结论与展望78-80
- 参考文献80-82
- 攻读学位期间取得的相关科研成果82-84
- 致谢84
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 段齐骏;机器人工作空间配置的可靠性规划[J];机械科学与技术;2004年02期
2 钟勇,朱建新;一种新的机器人工作空间求解方法[J];机床与液压;2004年04期
3 张培艳,吕恬生,宋立博;排球机器人动作规划方法研究[J];机床与液压;2004年06期
4 曹毅,王树新,李群智;基于随机概率的机器人工作空间及其面积求解[J];制造业自动化;2005年02期
5 胡磊;刘文勇;王豫;栾胜;;骨科机器人空间设计方法研究[J];机器人;2006年04期
6 石磊;;松协调下双臂机器人的协作工作空间计算[J];微计算机信息;2007年24期
7 许卫斌;平雪良;应再恩;杜永忠;李正洋;;6R型串联机器人工作空间快速求解方法[J];机械设计;2013年06期
8 王兴海,周迢;机器人工作空间的数值计算[J];机器人;1988年01期
9 郭明,周国斌;多关节机器人工作空间的分析与评价方法[J];机器人;1988年04期
10 陈国欣,李诚琚;计算机绘图在机器人工作空间分析中的应用[J];机器人;1988年05期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 范守文;徐礼钜;;机器人工作空间分析的解析法[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
2 殷子强;张广军;袁新;赵慧慧;吴林;;人机交互式机器人弧焊再制造系统设计[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
3 范波涛;闫成新;;喷浆机器人灵巧度分析[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
4 海丹;刘玉鹏;郑志强;;四轮全向机器人的设计与控制方法[A];2005中国机器人大赛论文集[C];2005年
5 高理富;宋宁;;Puma控制器改造中的控制算法探究[A];2003年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2003年
6 徐晓;翟敬梅;谢存禧;;机器人柔性装配单元的设计[A];第十届粤港机电工程技术与应用研讨会暨梁天培教授纪念会文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋峻;具有力感知的腹腔镜微创手术从动机器人的研究[D];上海交通大学;2014年
2 管小清;冗余度涂胶机器人关键技术研究[D];北京理工大学;2015年
3 杜海艳;MRI环境下乳腺介入机器人穿刺路径规划研究[D];哈尔滨理工大学;2015年
4 韩金华;护士助手机器人总体方案及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 赵扬;机器人磨削叶片关键技术研究[D];吉林大学;2009年
6 李正义;机器人与环境间力/位置控制技术研究与应用[D];华中科技大学;2011年
7 杨东勇;多机器人协作的学习与进化方法[D];浙江大学;2005年
8 刘淑华;复杂动态环境下多机器人的运动协调研究[D];吉林大学;2005年
9 郝宗波;家庭移动服务机器人的若干关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 李相鹏;连通性约束的多机器人集合及导航[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑为凑;轻工包装机器人专用运动控制系统研究[D];江南大学;2015年
2 齐龙;基于视觉的6自由度机器人焊接控制研究[D];燕山大学;2015年
3 彭真;典型工况下四自由度高速重载机器人起动特性的研究[D];燕山大学;2015年
4 赵登步;基于机器视觉的SCARA机器人快速定位控制系统的研究与开发[D];江南大学;2015年
5 邱焕能;机器人操作臂控制驱动系统研究[D];华南理工大学;2015年
6 王权;基于大臂并联的四自由度机器人结构设计与研究[D];郑州轻工业学院;2015年
7 翟美新;基于李群李代数的机器人运动特性分析与研究[D];南京理工大学;2015年
8 BUI HUU TOAN;智能服务机器人控制系统研究与实现[D];南京理工大学;2015年
9 高君涛;工业码垛机器人的轨迹优化及结构拓扑优化设计[D];西安建筑科技大学;2015年
10 姜柏森;一种变几何桁架机器人运动学建模及轨迹规划算法[D];上海交通大学;2015年
本文关键词:高空智能幕墙安装机器人人机协同控制系统研究,由笔耕文化传播整理发布。
,本文编号:453878
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/453878.html