干挂安装板材机器人系统关键技术研究

论文摘要

针对干挂工艺中大质量板材的安装存在自动化程度低,施工事故发生率高等问题,提出面向大质量板材安装操作的机器人,以机器人代替人工操作完成板材的自动化安装,提高板材安装的效率和安全性。本文综述了板材安装机器人的国内外研究现状,在了解室内石材壁板传统干挂工艺的基础上,明确了自动化干挂板材的工艺和精度要求;针对基于视觉的定位方法无法获取挂装件位置关系的缺陷,本文将基于力觉的方法引入到板材的安装过程中,并在此基础上提出了一种搜孔定位方法——平面搜索法,完善了自动板材安装的流程。根据大质量板材安装要求机器人具有刚度高、承载能力强的特点,本机器人采用了新型的六自由度串并联混合型式,由具有三转动自由度的3UPS/S并联平台实现机器人姿态调整,由具有三移动自由度的串联机构实现机器人位置调整。本文采用模块化设计方法完成了对机器人各功能模块详细的结构设计,设计了“倾角传感器+双激光测距传感器”的动平台调平传感系统,以及用于板材位置检测的结构光视觉和力反馈传感系统。为实现视觉的板材定位策略,本文分别完成了对视觉系统的标定和结构光信息的图像处理;在基于力觉的板材安装的实现中,本文分析了平面搜索策略中接触状态的类别,提出了基于模式识别的接触状态识别方法,该方法使搜孔策略得以实现,也为多点接触中状态识别这一相对普适的问题提供了借鉴。最后,构建了板材安装模拟试验环境,进行了板材自动化安装试验,结果表明,板材安装操作机器人结构设计合理,可以顺利的完成对装饰板材的自动化安装。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 课题研究背景
• 1-2 课题研究的目的及意义
• 1-3 国内外板材安装操作机器人研究现状
• 1-4 本课题主要研究内容
• 第二章 板材自动化安装工艺与安装策略的研究
• 2-1 引言
• 2-2 室内石材幕墙自动化干挂工艺制定
• 2-3 基于力觉与视觉的板材安装策略研究
• 2-3-1 结构光视觉板材安装策略分析
• 2-3-2 基于力觉与视觉的板材安装定位策略
• 2-3-3 基于力觉的槽孔搜索策略
• 2-4 本章小结
• 第三章 板材安装机器人机械系统和传感系统设计与研究
• 3-1 引言
• 3-2 机械系统总体方案
• 3-2-1 机械系统设计要求
• 3-2-2 机械系统总体方案的确定
• 3-3 机器人机械系统结构设计
• 3-3-1 移动本体设计
• 3-3-2 并联平台结构设计
• 3-3-3 三移动部件结构设计
• 3-3-4 板材吸附机构设计
• 3-3-5 扶墙机构设计
• 3-3-6 串并联机器人最终整体结构模型
• 3-4 机器人传感系统的设计与研究
• 3-4-1 定位系统传感器的选择布置
• 3-4-2 力反馈系统的研究
• 3-5 本章小结
• 第四章 基于视觉和力觉的板材安装方法研究与实现
• 4-1 引言
• 4-2 基于结构光视觉板材定位的实现
• 4-2-1 线结构光视觉的标定
• 4-2-2 板材定位阶段的图像处理技术
• 4-3 基于力觉的板材接触状态识别方法研究
• 4-3-1 平面搜索运动中接触状态分析
• 4-3-2 基于板材受力模式的接触状态识别
• 4-3-3 相同接触力模式的接触状态区分
• 4-4 本章小结
• 第五章 实验研究
• 5-1 实验环境及设备
• 5-3 实验过程
• 5-3-1 三移动部件运动对并联平台调平精度影响
• 5-3-2 基于视觉和力觉的板材安装试验
• 5-4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢