[发明专利]基于运动学和动力学的双移动式起重机协同吊装仿真方法

权利要求书

1.一种基于运动学和动力学的双移动式起重机协同吊装仿真方法，其特征在于：在由主起重机、辅助起重机、被吊设备及吊索具构成的双机系统中，采用运动学和动力学建立双机协同吊装的仿真模型，双机系统中的部件运动分为运动学和动力学两部分；

将双机系统划分成三部分，被吊设备、与吊索具作为一部分，称为双机的起升子系统；主起重机为一部分，称为主起重机子系统；辅助起重机为一部分，称为辅助起重机子系统；其中，双机的起升子系统采用动力学建模，而主起重机子系统和辅助起重机子系统采用运动学建模；

双机的起升子系统采用动力学建模过程如下：将双机的子系统中的起升滑轮组Ⅰ、辅助吊钩、被吊设备、平衡梁、主吊钩及起升滑轮组Ⅱ建模成刚体；起升滑轮组Ⅰ固定在辅助起重机的臂头上随着臂头运动而运动，起升滑轮组Ⅰ采用距离铰与辅助吊钩相连，起升滑轮组Ⅱ固定在主起重机的臂头上随着臂头运动而运动，起升滑轮组Ⅱ采用距离铰与主吊钩相连，主吊钩采用距离铰与平衡梁连接，而平衡梁采用旋转铰与被吊设备主吊点相连，旋转铰(Revolute joint)位置设在主吊耳处，辅助吊钩采用距离铰与被吊设备的辅助吊点连接；

主起重机子系统和辅助起重机子系统采用运动学建模过程如下：将辅助起重机子系统分成下车Ⅰ、上车Ⅰ、主臂Ⅰ三部分；下车Ⅰ与地面的相对运动建模为一个移动副和一个轴垂直地面的转动副；下车Ⅰ与上车Ⅰ的相对运动建模为一个轴垂直地面的转动副；上车Ⅰ与主臂Ⅰ的相对运动建模为一个轴垂直转台的转动副；同理：将主起重机子系统分成下车Ⅱ、上车Ⅱ、主臂Ⅱ三部分；下车Ⅱ与地面的相对运动建模为一个移动副和一个轴垂直地面的转动副；下车Ⅱ与上车Ⅱ的相对运动建模为一个轴垂直地面的转动副；上车Ⅱ与主臂Ⅱ的相对运动建模为一个轴垂直转台的转动副；

利用可视化模块构建一棵场景树，建立上述吊装系统的各部件逻辑结构关系：先由场景管理器创建一个总的双机吊装系统节点，再从该节点开始依次向下创建对应的子节点，即主起重机、辅助起重机和被吊设备子节点；主起重机子节点下创建上车Ⅱ子节点、下车Ⅱ子节点；上车Ⅱ子节点下创建臂架系统Ⅱ、转台Ⅱ、配重Ⅱ子节点；臂架系统Ⅱ子节点下创建主臂Ⅱ、起升系统Ⅱ子节点；起升系统Ⅱ子节点下创建吊钩系统Ⅱ、起升绳Ⅱ子节点；吊钩系统Ⅱ下创建主吊钩节点；同理，辅助起重机子节点下创建上车Ⅰ子节点、下车Ⅰ子节点；上车Ⅰ子节点下创建臂架系统Ⅰ、转台Ⅰ、配重Ⅰ子节点；臂架系统Ⅰ子节点下创建主臂Ⅰ、起升系统Ⅰ子节点；起升系统Ⅰ子节点下创建吊钩系统Ⅰ、起升绳Ⅰ子节点；吊钩系统Ⅰ下创建辅助吊钩节点；

至此，以上渲染模型确定了起重机各部件的逻辑关系，而由基于运动学和动力学的仿真模型计算出各部件的位形姿态；在可视化模块中，当给定起重机各部件的位形姿态，就可加载渲染模型建立吊装系统场景树，并可进行场景树的更新、渲染循环，以达到仿真的目的。