多起重机协作柔索并联构型装备运动规划、有限元分析及液压系统仿真

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1、硕士学位论文多起重机协作柔索并联构型装备运动规划、有限元分析及液压系统仿真MotionPlanning,FiniteElementAnalysisandHydraulicSystemSimulationofCableParallelManipulatorforMultipleCranes作者：张龙导师：訾斌教授中国矿业大学二〇一五年五月中图分类号TH21学校代码10290UDC密级公开中国矿业大学硕士学位论文多起重机协作柔索并联构型装备运动规划、有限元分析及液压系统仿真MotionPlanning,FiniteElementAnalysisandHydrauli

2、cSystemSimulationofCableParallelManipulatorforMultipleCranes作者张龙导师訾斌申请学位工学硕士培养单位机电工程学院学科专业机械电子工程研究方向并联机器人动力学答辩委员会主席朱华评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生张龙在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢时光荏苒，岁月匆匆，不知不觉间，在矿大已

3、度过7个春夏秋冬。在论文即将完成之际，回首过往时光中的酸、甜、苦、辣，得到的帮助、支持与鼓励，在此特别铭以致谢。本论文是在导师訾斌教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、研究到撰写都倾注了导师大量的心血，在此谨向訾斌老师表示衷心的感谢和敬意！三年的求学期间，导师在生活和学习上都给予了我无微不至的关心和指导。訾斌老师渊博的知识、踏实的治学态度、忘我的工作境界，深深地影响着我，为我以后的工作和人生道路树立了良好的榜样，能够成为导师的学生是我此生莫大的荣幸！感谢中国矿业大学电力工程学院陈宁教授、艺术与设计学院罗萍嘉教授在论文完成过程中给予的关心和照顾。感谢钱森博士、山显

4、雷博士、张霖博士、郑显华硕士、张朋硕士和韩雪硕士在论文撰写阶段给我提供的宝贵意见和无私帮助。感谢蔡卫民硕士和崔玉明硕士在软件分析方面给我提供的的积极建议。感谢我的室友张海波、孙佳胜和周远航，感谢你们陪伴我度过的7年愉快学生生活，感谢你们在我最困难的时候给予我的鼓励和支持！感谢学校求实创新的学风和学院老师严格无私的教导，让我受用终身。深深感谢父母的养育之恩。漫漫求学路，是您们用艰辛的劳动默默支持着我。感谢国家自然科学基金“大型重载起重吊装空间协作柔索并联构型装备机构的动态性能分析与协调控制技术研究（项目编号：51275515）”的大力资助。最后，感谢各位专家和学者

5、在百忙之中审阅我的论文，并给予宝贵的指导。在此谨向各位专家和学者表示深深的谢意！摘要本文依托国家自然科学基金“大型重载起重吊装空间协作柔索并联构型装备机构的动态性能分析与协调控制技术研究（项目编号：51275515）”项目，针对一种多起重机协作柔索并联构型装备，在运动学和动力学分析的基础上，进行了吊装轨迹规划和避障路径规划、有限元分析和液压系统仿真方面的研究，完成的主要工作归纳如下：1.阐述了一种多起重机协作柔索并联构型装备的基本构型和工作原理，利用解析法推导出了装备运动学方程；在此基础上，利用达朗贝尔原理建立了装备的动力学模型；探讨了装备定方位工作空间的约束条

6、件和求解方法。通过数值仿真，验证了多起重机械协作柔索并联构型装备运动学和动力学模型，并计算出其定方位工作空间。2.分析了多起重机协作柔索并联构型装备作业环境中不存在障碍物的情况下，被吊装重物做圆周运动和点到点运动的吊装轨迹规划问题。采用高阶多项式插值消除了被吊装重物做点到点运动过程中多起重机协作柔索并联构型装备变幅机构、回转机构和卷扬机构的加速度突变问题，保证了装备的安全平稳运行。3.探讨了多起重机协作柔索并联构型装备的避障路径规划策略。考虑装备的原始作业环境，基于MAKLINK法建立了吊装作业环境模型。以此为基础，采用Dijkstra算法和蚁群算法相结合的方法

7、筛选出了无碰撞最优路径。数值仿真表明，该方法具有快速准确的路径搜索能力，能够完成多起重机协作柔索并联构型装备的避障任务。4.建立了多起重机协作柔索并联构型装备三维模型，并结合吊装案例，利用有限元软件，分析了该装备关键部件在具体吊装案例下的应力和变形分布规律，发现了其结构中存在的薄弱环节并提出了改进意见，为多起重机协作柔索并联构型装备结构的优化设计提供了理论依据。5.搭建了多起重机协作柔索并联构型装备辅助分析系统及其液压系统仿真模型，并结合具体吊装案例，对该装备液压系统进行了联合仿真。通过仿真，验证了多起重机协作柔索并联构型装备液压系统仿真模型的合理性，并得到了影

8、响系统动态性能的重要参数