大型板材辅助安装机器人系统关键技术的研究.pdf

Thesis Submitted to HebeiUniversity of Technology for The Master Degree of MechanicalEngineering RESEARCH ON THE KEY TECHNOLOGY OF LARGE PLATE AUXILIARY INSTALLATION ROBOT by Bai Jinhu Supervisor: Prof. Li Tiejun March2013 This work supported by the Hi-tech Research and Development Program of China. 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,本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已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、使用学位论文的规定。同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。(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: 河北工业大学硕士学位论文 i 大型板材辅助安装机器人系统关键技术的研究摘要课题源于国家“十二五”科技支撑项目,主要针对近年来建筑装饰幕墙的整体化和美观化设计要求带来的,幕墙板材尺寸和质量越来越大,传统的人工安装方式劳动强度大、安装效率低、事故发生率高、板材破损率高等问题,研究开发一种面向大型幕墙板材的辅助安装机器人系统,旨在改变当前落后的手工安装现状,探索合理的安装工艺,提升大型板材的安装自动化程度。根据常用大型玻璃板材的安装工艺特点,在分析国内外最新研究现状及关键技术的基础上,研发一套针对大型板材辅助安装的机器人系统。机器人系统采用六自由度串联的结构形式,除下端行走机构外,机器人手臂具有四个主动自由度和两个被动自由度,工作时通过六自由度运动耦合实现板材安装位置和姿态的调整。最后采用模块化设计方法完成机器人各功能模块详细的结构设计,使用Pro-E软件绘制了机器人整体结构的3D模型。在操作空间和工作状态确定的基础上,根据静力学和动力学相关理论分析机器人系统的安全性和稳定性。在四种不同的工况下,确定系统关键部件的危险截面和危险点,并对其进行结构稳定性分析和强度校核。同时,针对机器人系统的实际操作环境,对整机的倾覆稳定性进行分析,得到可靠的性能参数,为机器人的安全性、可行性提供了可靠的理论支持。根据机器人运动学分析理论,推导机器人运动学方程正解,建立机器人末端位姿余弦矩阵。在插补算法的基础上,推导机器人末端一定姿态下,水平和竖直轨迹变换的插补函数关系,为机器人运动控制实现提供准确的理论指导。最后,研制开发大型板材辅助安装机器人样机系统,并构建机器人系统实验环境,在仿真工况进行实验验证。试验结果表明,大型板材辅助安装机器人结构设计合理,能够实现预定的功能,可以顺利地完成大型板材的辅助安装,一定程度上提高了大型板材安装的自动化水平。关键字:板材安装机器人,串联机构,工作稳定性,末端轨迹,插补算法大型板材辅助安装机器人系统关键技术的研究 ii RESEARCH ON THE KEY TECHNOLOGY OF LARGE PLATE AUXILIARY INSTALLATION ROBOT ABSTRACT This paper originated fromthe Science and Technology support project of “Twelfth Fiv-Year”,it aims at the problems that in recent years with the architectural curtain wall requirements of integration and artistic design, the size and quality of plate is bigger and bigger, and the traditional manual method of instal