[发明专利]高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及建筑构件的装配设备，具体地说是高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法。

背景技术

传统的高空幕墙安装具有劳动强度大、安装效率低下、危险性高、工作环境恶劣等缺点，在人工安装过程中，一块幕墙的安装往往需要多名工人协同完成，劳动强度大，事故率高。同时，建筑幕墙安装行业是高技术行业，技术要求相对较高，专业性强，需要施工企业选择具有相关技术的施工人员，并对施工人员进行技能培训，这导致人工安装幕墙成本高、管理难度大。

随着科技水平的不断提高，遥操作系统将施工人员与危险的安装环境分离开，用高空幕墙安装机器人代替人工完成幕墙安装工作，进而提高施工效率和安装质量，降低劳动强度和安全风险，从而降低成本提高综合经济效益。现有技术中，用高空幕墙安装机器人代替人工完成幕墙安装工作的遥操作系统的操作端与执行端在通讯过程中，由于技术的限制存在一定的延时，时延造成高空幕墙安装机器人的不稳定和难以操作，遥操作系统的操作端采用高空幕墙安装机器人运动仿真系统是解决遥操作时延问题的重要手段。

CN104763160A公开了一种高空幕墙安装机器人，介绍了该机器人的机械结构，但未报道其遥操作系统，需要操作者在现实环境中操作高空幕墙安装机器人进行高空作业，具有一定的危险性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法，通过对高空幕墙安装机器人进行三维建模，装配虚拟机器人，用力反馈设备实时控制该虚拟机器人运动，实现高空幕墙安装机器人三维运动仿真，解决了现有技术中用高空幕墙安装机器人代替人工完成幕墙安装工作的遥操作系统的遥操作时延问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法，步骤如下：

第一步，分析实体高空幕墙安装机器人的基本构造：

分析实体高空幕墙安装机器人的基本构造，确定高空幕墙安装机器人主要零部件的结构和尺寸；

第二步，对高空幕墙安装机器人进行三维建模：

采用自底向上的方式对上述实体高空幕墙安装机器人进行三维建模，依据相关零部件的结构和尺寸用solidworks建立起各零部件精确的三维模型，并保存为.STL文件；

第三步，对高空幕墙安装机器人进行运动学分析：

设置上述实体高空幕墙安装机器人的各连杆坐标系，确定各连杆的齐次坐标变换矩阵，建立高空幕墙安装机器人的正运动学方程和逆运动学方程并求出相应的正解和逆解；

第四步，装配虚拟机器人：

(4.1)把上述第二步建立起的各零部件精确的三维模型导入到3DSMax中，确立纹理坐标，设置高空幕墙安装机器人的各连杆的关节节点即转动中心点，并导出为各零部件的.3DS文件；

(4.2)用OpenGL建立虚拟的工作场景；

(4.3)把上述(4.1)步的各零部件的.3DS文件导入到上述(4.2)步建立好的虚拟的工作场景中；

(4.4)按照各零部件之间的装配以及约束关系逐个进行组装，装配成虚拟机器人，设置高空幕墙安装机器人的初始状态，运用空间几何的三角函数关系设置高空幕墙安装机器人的各连杆转动后各关节节点的位置；

第五步，用力反馈设备实时控制该虚拟机器人运动，实现高空幕墙安装机器人三维运动仿真：

(5.1)配置力反馈设备；

(5.2)力反馈设备实时控制高空幕墙安装机器人的机械抓手运动，机械抓手的运动带动其它各连杆转动，实现高空幕墙安装机器人的三维运动仿真。

上述高空幕墙安装机器人的三维运动仿真的方法，所述力反馈设备为力反馈手柄Novint Falcon，力反馈手柄Novint Falcon通过其自身的传感器和数据采集模块实现操作者动作识别；所述配置力反馈设备的方法是，安装力反馈手柄Novint Falcon的软件开发工具包sdk，在C++环境下配置力反馈手柄Novint Falcon的软件开发工具包sdk，将该软件开发工具包sdk中的包含文件.include和库文件.lib分别对应添加到包含目录和库目录中，完成力反馈设备的配置。