[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

摘要

本发明属于吊装工艺及三维仿真技术领域，公开了一种基于运动学和动力学混合的双移动式起重机协同吊装仿真模型。将双机系统划分成三部分，被吊物相连和两台起重机吊索具作为一部分，称为双机的起升子系统；其中一台起重机为一部分，称为主起重机子系统；另一台起重机又为一部分，称为辅助起重机子系统。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。本发明的效果和益处是能真实地模拟双机吊装过程，如起升绳的摆动效果、碰撞检测等，通过仿真可在实际吊装前发现潜在的危险，最终提高吊装的安全性和效率。此外，其中的运动学模型简化了双机运动的建模，所需设置参数更少，实现更容易，同时更易于操控。

主权项

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。