本書對起重機選型、吊裝仿真、吊裝運動規(guī)劃等相關的基礎理論和方法進行系統(tǒng)、深入的論述，主要內容包括四部分：第一部分討論多重工程約束下移動式起重機選型方法，第二部分主要探討利用計算機圖形學及起重機運動學等理論研究單機、雙機的三維吊裝仿真，第三部分介紹基于研究成果自主研發(fā)的一款計算機輔助的吊裝方案設計軟件系統(tǒng)，第四部分主要闡述非完整運動學約束下履帶起重機吊裝運動規(guī)劃、被吊物位姿給定的吊裝運動規(guī)劃以及吊裝運動規(guī)劃系統(tǒng)設計。
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目錄
前言
1 起重吊裝施工技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.1 起重吊裝施工技術概述 1
1.1.1 吊裝方案設計 1
1.1.2 計算機輔助吊裝方案設計 3
1.1.3 起重機選型與吊裝過程規(guī)劃 4
1.2 國內外起重吊裝施工技術研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 起重機選型研究現(xiàn)狀 5
1.2.2 吊裝仿真研究現(xiàn)狀 7
1.2.3 吊裝運動規(guī)劃研究現(xiàn)狀 9
1.3 起重吊裝施工技術發(fā)展趨勢分析 12
參考文獻 14
2 多重約束的移動式起重機選型算法研究 18
2.1 概述 18
2.2 多重約束的移動式起重機選型數學模型構建 19
2.2.1 移動式起重機工作原理 19
2.2.2 影響起重機選型的因素 20
2.2.3 起重機選型的數學模型 21
2.3 起重機選型算法的總體框架 21
2.4 桁架臂履帶起重機選型實現(xiàn) 23
2.4.1 起重性能約束處理 23
2.4.2 被吊物與臂架間距約束處理 26
2.4.3 履帶接地比壓處理 29
2.5 小結 30
參考文獻 31
3 單臺移動式起重機吊裝仿真 32
3.1 概述 32
3.2 履帶起重機吊裝運動仿真數學模型 33
3.2.1 履帶起重機三種作業(yè)工況的數學模型 33
3.2.2 履帶起重機的運動關聯(lián) 35
3.2.3 起重機運動過程仿真 36
3.3 履帶起重機整機重心和接地比壓計算 36
3.4 吊裝過程三維可視化 37
3.5 單機吊裝過程三維仿真系統(tǒng)總體框架 38
3.6 單機仿真案例分析 39
3.7 小結 43
參考文獻 43
4 典型協(xié)同吊裝工況的雙機系統(tǒng)建模研究 44
4.1 概述 44
4.2 雙機系統(tǒng)模型及其吊裝狀態(tài)表示 45
4.2.1 雙機系統(tǒng)模型 45
4.2.2 雙機系統(tǒng)吊裝狀態(tài)表示 46
4.3 雙機協(xié)同吊裝仿真流程設計 47
4.4 基于空間幾何約束的雙機系統(tǒng)基本動作描述 48
4.4.1 雙機吊裝協(xié)同策略分析 48
4.4.2 雙機系統(tǒng)基本動作描述 49
4.5 雙機系統(tǒng)基本動作集構建 50
4.5.1 起升動作 50
4.5.2 橫向平移動作 51
4.5.3 尾隨走動作 52
4.5.4 尾隨止動作 53
4.5.5 主旋轉動作 55
4.6 廣西北海煉油異地改造項目丙烯塔吊裝案例 56
4.7 小結 58
參考文獻 59
5 雙機協(xié)同吊裝的正向運動學建模與仿真 60
5.1 概述 60
5.2 基于最小勢能原理的雙機協(xié)同吊裝正向運動學算法 60
5.2.1 基于最小勢能原理的雙機起升系統(tǒng)正向運動學描述 62
5.2.2 起升繩偏擺角計算 64
5.2.3 被吊物位姿計算 65
5.2.4 起升力計算 65
5.3 雙機協(xié)同吊裝正向運動學求解算法驗證 66
5.4 基于正向運動學的雙機協(xié)同吊裝仿真流程 70
5.5 廣西北海煉油異地改造項目焦炭塔吊裝案例 71
5.6 小結 75
參考文獻 76
6 計算機輔助吊裝方案設計系統(tǒng)開發(fā) 77
6.1 概述 77
6.2 系統(tǒng)功能劃分及系統(tǒng)框架設計 78
6.2.1 系統(tǒng)功能模塊 78
6.2.2 系統(tǒng)框架 80
6.3 起重機選型子系統(tǒng)設計 81
6.4 吊裝仿真子系統(tǒng)設計 82
6.5 中石化南煉油品質量升級改造工程項目沉降器吊裝案例 88
6.5.1 吊裝任務概述 88
6.5.2 應用CALPADS設計吊裝方案 90
6.6 小結 102
參考文獻 102
7 基于RRT-Connect++算法的吊裝運動規(guī)劃 103
7.1 概述 103
7.2 基于先驗信息的RRT-Connect++算法改進 105
7.2.1 RRT-Connect算法介紹與分析 105
7.2.2 生成樹擴展策略改進 107
7.2.3 隨機采樣策略改進 111
7.2.4 仿真實驗 113
7.3 單機吊裝運動規(guī)劃的數學模型 119
7.4 單機吊裝運動規(guī)劃算法設計 119
7.4.1 算法的總體流程 119
7.4.2 吊裝系統(tǒng)位形空間 122
7.4.3 位形間距離度量定義 123
7.4.4 履帶起重機非完整運動學約束處理 124
7.5 吊裝運動規(guī)劃仿真實驗 125
7.5.1 有效性驗證 125
7.5.2 算法性能對比 128
7.6 結果討論 129
7.7 小結 130
參考文獻 131
8 被吊物位姿給定的吊裝運動規(guī)劃 133
8.1 概述 133
8.2 被吊物位姿給定的吊裝運動規(guī)劃問題 134
8.3 自運動流形的參數化表示 136
8.4 CLR到自運動流形的映射 139
8.5 自運動流形的直接采樣策略 141
8.6 基于CLR的被吊物位姿給定的吊裝運動規(guī)劃算法 142
8.6.1 BiMRRTs算法總體框架 142
8.6.2 自運動流形區(qū)RRT生長策略 144
8.6.3 BiMRRTs算法的應用 145
8.6.4 仿真實驗分析 146
8.6.5 FIGBiRRT算法和BiMRRTs算法性能討論 151
8.7 改進的BiMRRTs算法 152
8.7.1 自運動流形鄰域表示及其空間搜索策略 153
8.7.2 自運動流形鄰域空間搜索策略實現(xiàn) 154
8.7.3 BiMRRTs-2算法 154
8.7.4 仿真實驗分析 155
8.8 BiMRRTs算法和BiMRRTs-2算法的概率完備性 157
8.9 小結 158
參考文獻 158
9 起重機吊裝運動規(guī)劃仿真平臺 159
9.1 概述 159
9.2 系統(tǒng)總體框架設計 159
9.3 規(guī)劃問題構造模塊設計 161
9.3.1 吊裝運動規(guī)劃問題形式化表達 161
9.3.2 吊裝運動規(guī)劃問題設計 162
9.3.3 CLiftSystem設計 163
9.4 吊裝運動規(guī)劃與優(yōu)化模塊設計 165
9.5 可視化模塊設計 166
9.5.1 可視化引擎 166
9.5.2 場景樹設計 168
9.5.3 可視化流程 169
9.6 算法性能評估模塊 170
9.7 案例演示 171
9.7.1 吊裝運動規(guī)劃與路徑優(yōu)化功能有效性驗證 171
9.7.2 規(guī)劃結果可視化與算法性能評估可用性驗證 175
9.8 小結 178
參考文獻 178
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