钢结构复杂节点自动装配系统设计

【摘要】目前各种新型钢结构建筑和设施层出不穷，随着审美观念的提高，新设计理念和方法的运用、以及计算机软硬件的更新使钢结构设计的形状日益复杂，钢结构节点变得越来越复杂，对节点的装配精度、结构强度等要求也越来越高，传统的节点加工与装配方法已越来越不适应这些要求。因此，有必要从工程实际出发，运用现代设计理念与手段探索新的节点生产方式，直至研制新的节点自动装配系统。本文主要以某工程项目中的空间钢结构节点为研究对象，以提高节点装配精度、节省资源、降低能耗为目的，开发一套钢结构复杂节点自动装配系统的过程。首先综述了国内外钢结构节点的研究现状及其装配技术的应用现状。以某工程项目中的空间钢结构节点为例，分析该节点的构形特点，并结合实际工程需求，确定了钢结构复杂节点自动装配系统的总体方案和技术指标，提出了用现代设计手段从机械结构、控制算法、控制系统硬件和软件四个方面进行具体设计的要求。其次，从自动装配系统的结构和功能需求出发，建立算法数学模型，依据各运动机构的自由度特征和坐标转换关系，转化为用矩阵运算的数学表达公式，通过编程实现解算和验证。其中，在节点工位的位姿变化算法中，数学模型的建立是基于实际运动机构的机械参数和节点模型的特征数据。根据具体使用工况，提出了控制系统的总体方案，确定了PLC控制器、文本显示器、伺服驱动器、伺服电机及电气控制柜等硬件部分的选型和设计，制作了控制柜。在控制系统的软件开发中，主要通过分解系统的功能流程，对PLC的脉冲寄存器赋值、原点设定、电机启动到工作位置、电机暂停、电机从工作位置返回至原点进行具体模块化分析和设计，并对文本显示器进行程序设计，完成了软件系统的开发。论文最后阐述了自动装配机样机装调及系统的软硬件联调情况，制定了自动装配精度试验方案；对装配系统进行了精度测量试验，将实际装配节点与三维模型节点模型进行多组相关参数的对比，分析试验数据，结果显示了该自动装配系统具有较理想的装配精度。此外，作者对节点装配出现误差的可能性进行分析，对后续研究工作进行了展望。本文成果将大大促进空间复杂节点的自动装配技术发展，有利于提高钢结构企业的市场竞争力。
【作者】周青青；
【导师】陈志平；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】钢结构；空间复杂节点；自动装配机；控制算法；装配精度；

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