面向自主装修机器人的研究

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我国人口众多,对居住用商品房需求量逐年升高,这促进了建筑行业的发展。其中,室内装修行业也逐渐成为一项支柱产业。因此,一些大型房地产建筑公司也在尝试着打开了室内装修的市场。墙面处理作为室内装修工作流程中最重要的一环,具有劳动强度大、工艺标准不统一、对工人技术要求高等特点。目前国内的装修工作大都以作坊式的工作环境为主,其自动化程度极低,重要的工作步骤均依赖人工完成。以上问题均制约着室内装修行业的发展,为了解决以上问题,本文针对于室内装修机器人进行了运动控制、路径规划方面的研究,并针对于墙面打磨工作进行了工艺测试以及实验验证。根据室内装修机器人的结构特点,对机器人底盘数学模型进行简化分析,将机器人底盘与机械臂进行整体的运动学建模提出运动控制方案。用MATLAB对末端轨迹控制方案进行验证。由于机器人在墙面处理的过程中需要对其不同的工作位置进行调整,而位置调整过程中会花费大量的时间,因此需要制定机器人的工作位置最优迁移方案,对工作点的数量进行优化使机器人工作位置的数量达到相对最小值。本文提出以离散点为判断依据来求解最小工作点集的算法;在得到工作点的集的前提下,机器人则面临下一问题——将工作点相连接成封闭路径并对其进行合理的规划。为方便墙面处理工艺的控制,并且符合常规的工作顺序,本文将工作点的路径规划等效为旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP),并且利用带有约束的遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对其进行求解;为了明确机器人各工作点的工作任务,充分利用每个工作点的工作区域,本文对不同的工作点进行工作区划分。本文以墙面打磨为对象,设计一款轻便灵活的打磨执行器,使其可以适应未经打磨的墙面形状。通过实验,测试机器人的墙面打磨工艺,并检证其的打磨性能。
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