高空幕墙安装机器人机械系统研究

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1、分类号：TH11密级：UDC：62-5编号：15-080200-95M河北工业大学硕士学位论文高空幕墙安装机器人机械系统研究论文作者：田飞学生类别：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”科技支撑项目（NO.2012BAF07B00）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringMECHANICALSYSTEMRESEARCHOFHIGH-ALTITUDECURTAINWALLINSTALL

2、ATIONROBOTbyTianFeiSupervisor:Prof.LiTiejunApril2015ThisworksupportedbyNationalKeyTechnologyR&DProgramoftheMinistryofScienceandTechnologyofChina,No.2012BAF07B00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

3、在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声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：摘要目前我国建筑行业的机械化水平相对发达国家而言很低，对于高空幕墙的安装也主要是靠简单的机械来

4、辅助人工完成；这一施工过程劳动强度大、危险性高，并且施工效率低、施工质量难以保证；涉及到大型幕墙的安装动辄需要十几人来共同完成安装，危险性极高极易出现施工事故。因此，为了提高我国幕墙建筑施工的机械化、智能化水平，同时降低工人的劳动强度，提高施工效率、施工质量，我们开展建筑板材机器人化施工装备与示范性应用的研究，本课题是国家“十二五”科技支撑项目（。通过深入调查我国建筑幕墙的应用及施工现状，分析各种不同的建筑幕墙，对比各种建筑幕墙的特点及应用情况，确定本课题研究的对象为框架式玻璃幕墙，并规划出具体的施工过程，同时总结出高空幕墙的施工特点。针对高空幕墙施工的特点，机器人提出相应的

5、性能要求。之后分析了各种类型的机器人的优缺点，确定出利用混联机构作为机器人的主要机构；同时利用模块化设计的理念将机器人分为位置机构和姿态机构两部分。根据框架式玻璃幕墙的主流尺寸和实际施工要求，确定出机器人所需的工作空间，并根据此工作空间设计出机器人的机构。之后对机器人进行了运动学分析，建立出机器人的运动方程并求解出逆解，利用蒙特卡洛法计算出机器人的工作空间，并且利用截面法来判断机器人自身的工作空间是否满足施工要求。利用拉格朗日法对机器人进行动力学分析，推导出机器人动力学方程，并对机器人动力学参数进行验证，之后利用Creo2.0软件对机器人进行动力学仿真，求出机器人各个运动轴的

6、扭矩/拉力曲线图，并且验证是否满足设计要求。最后简述了机器人的设计研发过程并介绍了机器人的控制系统，同时测量了幕墙安装机器人的能重比，能重比为13.12%与传统工业机器人相比提高了30.12%，满足机器人的性能要求，并对机器人人机交互性进行了分析，得出了幕墙安装机器人具有良好的操作性，之后机器人的重复定位精度进行测量，分析了产生误差的主要原因，为之后提高机器人重复定位精度打下基础。关键词：建筑机器人，混联机构，能重比，动力学仿真，重复定位精度IABSTRACTCurrently,thedevelopmentofmechanizationconstructionindustry

7、inourcountryislowerthandevelopedcountries,andtheinstallationofthehigh-altitudecurtainwallrelymainlyonsimplemechanical.Theinstallationhashighlaborintensityandhighrisk,andtheefficiencyislow,itisalsodifficulttoguaranteequality.Toimprovethemechanizationandin