多台履带起重机协同吊装的动作规划研究

摘要

我国经济的腾飞带来了基础建设行业的发展，海洋工程、电力建设、市政建设等行业催生了巨大的吊装需求，使得吊装朝着模块化、大型化发展，因此为了满足具体要求，多台起重机协同吊装成为了不可或缺的发展趋势。因为多机吊装事故的危害性，保证吊装安全是最重要的问题，因此详细、安全的吊装方案的设计是必不可少的。目前，传统吊装方案制定中存在安全分析不足、计算极其复杂等问题，比较依赖工程师的实际经验，同时现在对于多台起重机吊装的研究比较少，因此对于多台起重机吊装的动作规划展开研究，得到相应数学模型，可以提高吊装方案设计的安全性和效率，具有重要的意义。
　　本文首先针对履带起重机的结构进行分析，得到单台起重机的机构模型。再从单、双机吊装系统的机构模型进行扩展得到多台起重机吊装系统的机构模型，从模型中分析其多耦合封闭链结构、下车行走非完整性约束等吊装特性，并对模型进行简化处理。
　　其次，在此基础上给出多机吊装系统动作规划的数学模型定义，首先针对多耦合封闭链约束问题，采用RLG策略，采用以被吊物及下车位姿为主动变量的建模方法，并给出相应的被动变量求解方程，然后对于起重机行走为非完整性约束的特点给出下车模型，并得到状态转移方程及动作输入合集，最后对于动作规划模型给出符合吊装要求的约束条件等，得到较为完整的动作规划数学模型。
　　接下来，针对多机吊装中吊装力求解为超静定求解这一问题，通过分析，在形变基础上，给出基于钢丝绳为柔性体、被吊物及其余起重机结构为刚体的吊装力求解方法，并用ANSYS进行分析，验证其正确性和适用性。
　　最后，采用RRT-Connect++算法，分别对四台起重机和六台起重机的吊装案例进行规划仿真来验证此思路可行、其规划结果较好。并用MATLAB设计一款载荷历程分析软件，来得到规划路径中吊装载荷历程曲线，为吊装方案制定提供了良好的计算依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究意义与背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 起重机协同吊装的研究概述

1．2．2 起重机动作规划的研究概述

1．3 主要工作内容

1．4 本章小结

2 多机吊装系统机构模型建立

2．1 履带起重机的机构模型

2．2 多机吊装系统的机构模型

2．3 本章小结

3 多机吊装系统动作规划的数学模型

3．1 多机吊装系统的位姿空间

3．1．1 基于起重机动作的多机吊装系统建模

3．1．2 多耦合封闭链约束问题的处理

3．1．3 基于被吊物及下车位姿的系统位姿求解

3．1．4 动作规划的位姿空间

3．2 多机吊装系统的动作输入合集

3．2．1 非完整性约束的影响

3．2．2 非完整性约束的处理

3．3 动作规划约束

3．3．1 多耦合封闭链约束

3．3．2 起重性能约束

3．3．3 碰撞检测

3．3．4 路径距离度量公式

3．4 系统位姿模型转换矩阵

3．5 本章小结

4 多机吊装系统的吊装力计算方法研究

4．1 多机吊装系统的静力学分析

4．2 多机吊装中超静定问题的研究概述

4．3 多机吊装系统吊装力计算方法

4．3．1 四机吊装系统吊装力求解

4．3．2 多机吊装系统吊装力求解

4．3．3 多机吊装系统吊装力计算方法推广

4．4 案例方法验证

4．4．1 四机吊装案例

4．4．2 多机吊装的吊装案例

4．4．3 不对称吊点吊装案例

4．5 本章小结

5 基于RRT-Connect++算法的多机吊装系统动作规划

5．1 RRT-Connect++算法

5．1．1 动作规划算法的研究现状

5．1．2 RRT-Connect++算法的流程

5．1．3 RRT-Connect++算法的改进

5．2 仿真案例演示

5．2．1 动作规划仿真平台介绍

5．2．2 四机吊装案例演示与分析

5．2．3 六机吊装案例演示与分析

5．3 载荷历程分析软件

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢