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迄今为止,建筑外墙喷涂作业基本停留在人工喷涂阶段,本文设计研究了一款建筑外墙喷涂机器人,以期实现建筑外墙喷涂作业的自动化。与传统的人工作业相比,建筑外墙喷涂机器人具有以下优点:(1)工作效率更高(2)避免高空作业的危险(3)避免了涂料中的有毒、有害物质对人的影响。本文对建筑外墙喷涂机器人的结构设计、静力学与运动学分析、运动控制策略与控制算法以及建筑外墙喷涂机器人的作业规划等内容进行了较为深入系统的研究。(1)根据外墙喷涂机器人的功能需求对其进行了结构设计,喷涂机器人的结构组成主要包括:悬挂系统、机器人本体、喷涂系统、稳定调节系统等四个部分。机器人悬挂系统置于建筑物顶层平台,其作用是给机器人提供铅垂方向的力;机器人本体实现机器人移动及喷涂作业;机器人喷涂系统安装于机器人本体上,给机器人本体输送高压涂料,实现墙面的喷涂;机器人稳定调节系统可根据机器人的状态进行参数调整,保证机器人移动的平稳性。(2)对喷涂机器人的关键部位进行模型简化,导入ANSYS中进行静力学分析,得到该机械结构应力、应变的仿真结果,实现了喷涂机器人的关键部位的强度校核;对喷涂机器人的整体运动机构进行了模型简化,导入ADAMS中进行了运动学分析,根据其运动特性实现了对喷涂机器人喷涂效果的评估,进而可判断出其在运动过程中是否出现机构卡死的情况。(3)对控制系统的硬件进行了选型,对控制系统方案进行了设计;在传统的PID控制算法研究基础上提出了一种基于RBF神经网络算法和最优化算法的PID控制参数的推荐方法;对传统最优化理论中的最速下降法的进行了研究,提出了一种沿负梯度迭代与随机迭代相结合的迭代方式,能够有效避免最速下降法易陷入“局部极小值”的问题;提出了一种自学习的参数推荐方式,使控制系统在运行过程中能够根据系统当前状态进行自我学习,实现了PID参数的自适应调整。(4)提出了一种基于极坐标变换的外墙识别方法,实现了对阳台、窗户等非墙面区域的识别,喷涂机器人能够根据实际的外墙形状做出合理的运动规划;对建筑外墙喷涂机器人任务进行了合理的划分,通过移植UC/OSⅡ操作系统实现了喷涂机器人正常工作的各任务协调控制,当出现机器故障时能够及时制动。本文设计研究的建筑外墙喷涂机器人,能够提高建筑外墙的喷涂质量以及工作效率,减少劳动成本,为用户带来良好的经济与社会效益。