基于力控制的幕墙安装机器人柔顺操作策略研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321202064河北工业大学硕士学位论文基于力控制的幕墙安装机器人柔顺操作策略研究论文作者：樊旭学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：李铁军职称：教授资助基金项目：国家“十二五”科技支撑，No.2013BAF07B08DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringCOMPLIANCEOPERATIONSTRATEGYOFCURTAINWALLINSTALLINGROBOTSBASEDONFORCECONT

2、ROLbyFanXuSupervisor:Prof.LiTiejunMay2016ThisworksupportedbyNationalKeyTechnologyR&DProgramoftheMinistryofScienceandTechnologyofChina,No.2013BAF07B08原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声

3、明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着我国城市化进程的加快，越来越多的大型高层建筑开始广泛应用于各行业领域，以幕墙板材安装为特点的建筑装饰行业也随着人们审美要求的不断提高而蓬勃发展。

4、由于我国建筑施工行业整体自动化、智能化水平相对较低，导致安全事故频发，给国家和个人带来重大损失。在房地产市场转型和“中国制造2025”的双重推动下，建筑施工自动化、智能化也将成为必然趋势。幕墙安装机器人作为建筑施工自动化的重要体现，具有巨大的发展潜力，但其控制系统的安全性、稳定性以及操作的柔顺性一直是制约其实用化的关键因素。本文以自主研发的6自由度串联幕墙安装机器人为对象，利用基于阻抗控制的力控制算法对其柔顺操作系统进行研究。首先对其进行了运动学和动力学的分析与仿真，运用D-H法和拉格朗日力学分析法建立了相关运动学和动力学方程。并结合所列方程，针对幕墙安装时机器人末端直线移动的特点，总结该机器

5、人的空间轨迹规划算法，并通过Matlab机器人工具箱与机器人本体实验，验证了该算法的可行性，为后续的力控制的研究奠定基础。然后，针对基于阻抗控制的幕墙安装柔顺操作策略，选取幕墙安装机器人大臂和小臂的简化模型作为研究对象，分别运用基础阻抗控制和自适应阻抗控制理论建立数学模型和控制结构框图。结合幕墙安装的流程和特点，将整个运动过程分为自由运动空间和环境接触空间，运用Matlab/Simulink仿真平台，分别进行了空间直线、曲线和环境接触的仿真以及相关阻抗控制参数的调整。通过探讨阻抗控制参数对系统性能指标的影响以及对两种力控制算法的比较，总结出一套符合幕墙安装流程的力控制算法。并针对不同幕墙安装预

6、紧力变化的要求，总结出阻抗控制参数的调整方法以避免接触过程中力峰值过大而对幕墙造成的损坏。最后，结合幕墙安装机器人运动控制系统，在自由运动空间进行了相关柔顺操作实验，运用六维力传感器和激光跟踪设备对机器人末端位置和操作力进行检测，通过数据分析得到了较好的位置跟踪特性和柔顺操作特性，验证了该方法用于幕墙安装机器人柔顺操作的合理性，保证了其控制系统的稳定性和安全性。关键词：幕墙安装机器人，轨迹规划，阻抗控制，柔顺操作，六维力传感器IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofurbanizationprocessinChina,moreandmorelarge-scalehi

7、gh-risebuildingsbegintobewidelyusedinvariousindustries.Withcontinuousimprovementofpeople'saestheticrequirements,theconstructiondecorationindustry,whichtakestheinstallationofthecurtainwallandslabaschar