双台汽车起重机协同作业载荷分配与三维仿真系统设计

摘要

随着工程建设不断向大型化、复杂化发展，单台汽车起重机很难满足吊装要求，双台汽车起重机协同作业的需求日益增多。然而，协同吊装依然存在很多未解难题。一方面，双机协同吊装的危险性大大增加。在双机协同吊装的过程中由于载荷分配不合理、协同策略不当往往会导致灾难性的后果。另一方面，双机吊装作业缺乏有效的指导，往往采取人工协调指挥的方式，这样不仅效率低，而且存在很大的安全隐患。
　　本文针对这些问题在双机协同吊装方面开展了相关研究。首先通过分析起重机的动作特点结合双机吊装常见作业工况总结和归纳了典型的双机协同吊装模式，并给出了详细的吊装说明，为进一步的研究奠定基础。其次分析了吊装过程额定起重量的影响因素，并基于分段最小二乘法建立了额定起重量与吊装幅度的关系模型。同时通过静力学原理求解了不同协同吊装模式下各起重机实时载荷与吊装动作量的关系模型。通过分析协同吊装过程，提出了一种基于吊装关键点载荷分配的协同吊装策略。并建立了优化分配数学模型，通过遗传算法得到问题的优化解，基于此策略，采取逆运动学原理求取吊装动作序列集。最后结合协同吊装仿真系统的需求分析，设计和开发了一套面向双机协同吊装的三维仿真系统。系统实现了三维场景建模、吊装仿真以及其它一些辅助功能和交互设计。系统能在实际作业前对整个协同吊装过程进行仿真模拟，并辅助吊装作业人员制定安全、有效的协同吊装方案，指导实际的吊装。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容与方法

1．4 论文结构与安排

2 汽车起重机双机协同吊装技术分析

2．1 吊装动作分析与参数计算

2．1．1 吊装基本动作

2．1．2 吊装技术参数

2．2 双机协同吊装作业过程分析

2．2．1 典型的双机协同吊装动作模式分类

2．2．2 双机吊装工艺流程分析

2．3 小结

3 双台起重机协同作业吊装载荷模型与优化分配

3．1 吊装额定起重量关系模型

3．1．1 吊装额定起重量影响因素分析

3．1．2 基于分段最小二乘的吊装额定起重量关系模型

3．2 不同吊装模式下吊装实时载荷模型

3．2．1 双机起升

3．2．2 双机翻转

3．2．3 双机旋转

3．3 基于吊装关键点载荷优化的协同吊装策略

3．3．1 吊装关键点载荷分配策略

3．3．2 基于优化策略的吊装动作序列

3．4 小结

4 双机协同吊装三维仿真系统设计与实现

4．1 用户需求分析

4．2 系统总体设计

4．2．1 系统功能设计

4．2．2 系统实现构架

4．3 系统主要模块设计与实现

4．3．1 三维场景搭建模块

4．3．2 吊装仿真过程模块

4．4 吊装实例仿真

4．4．1 吊装任务介绍

4．4．2 吊装仿真过程

4．5 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢