【摘 要】
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木结构建筑有着源远的历史及庞大的结构体系,借助六轴机械臂高度灵活的运动性及开源硬件的拓展性可实现复杂木结构建造任务,并通过可视化编程技术开发标准程序辅助设计端与建造端模型数据转化。首先,本文针对传统木构加工工艺进行研究,在已有工艺基础上与机械臂运动系统相连接,形成数字化建造技术工艺库。以切割、开榫、铣削、开孔四种工艺为例,对数字建造工艺进行剖析与设计,通过实验证明该工艺库满足木结构非标准化构件的成
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木结构建筑有着源远的历史及庞大的结构体系,借助六轴机械臂高度灵活的运动性及开源硬件的拓展性可实现复杂木结构建造任务,并通过可视化编程技术开发标准程序辅助设计端与建造端模型数据转化。首先,本文针对传统木构加工工艺进行研究,在已有工艺基础上与机械臂运动系统相连接,形成数字化建造技术工艺库。以切割、开榫、铣削、开孔四种工艺为例,对数字建造工艺进行剖析与设计,通过实验证明该工艺库满足木结构非标准化构件的成形加工及复杂节点建造,可实现高精度、高效率的自动化建造模式。将多种工艺进行耦合设计,利用自动化切换装置形成多工具协同应用装置,提高建造技术自动化工业水平。然后,在建造流程中稳定性方面,对复杂木结构进行拆解分析,针对构件类型迥异问题提出一种多功能智能化固定装置,其主要功能用于适配不同规格类型的木构件,利用回字形平台及多维夹持机构协同运行为不同构件提供最优的固定方案,避免构件在整个建造流程中因稳定性产生误差。实验研究表明该装置具有较强的适用性,通过一体化设计借助不同夹持方案完成构件夹持任务。其后,借助参数化设计方法,在Rhino和Grasshopper软件中通过可视化编程手段建立数字运行逻辑,从数字模型快速生形、自动适配工具、规划路径生成三方面进行研究,将设计到建造全流程数据相关联,实现系统信息数据闭环运行模式。此外,针对数字化铣削工艺存在问题,提出一种基于遗传算法的内角切割工艺,借助锥形刀具对残留圆弧内角进行切割,并设计标准程序用于计算刀具与相邻平面相切的倾斜角度,实验研究证明该工艺可解决铣削工艺残留圆弧内角问题。最后,将上述数字化木构建造技术进行实际案例应用,选取古建筑中复杂的斗拱结构进行设计建造,并借助Arduino和PLC技术对建造系统进行信号交互控制。建造结果表明提出的木构数字建造技术符合斗拱加工需求,具有工程应用价值。
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