以塔式起重机为研究对象,基于先进虚拟仿真软件开发平台EON Professional 6.0的动力学组件实现了虚拟塔吊动力学仿真;提出EON中钢丝绳柔性体建模和仿真方法;构建了一个虚拟施工场景,测试了虚拟塔吊整机动力学仿真效果;建立了塔吊动力学分析模型以及相关动力学方程,辅助实现了特殊工况下的钢丝绳摆动以及钢丝绳崩断效果仿真。结果表明:基于EON Professional6.0的动力学组件以及建立辅助动力学方程的虚拟塔吊整机动力学仿真策略和方法是可行的。
面向钢结构建筑吊装施工,分析了实际施工场景的碰撞特点,提出了基于包围盒以及层次包围盒法的碰撞检测策略以满足虚拟吊装场景对碰撞检测性能的要求;重点研究了建筑施工中常用的大型吊装机械虚拟塔吊的碰撞检测方法,并基于先进虚拟现实软件开发平台EON Professional 6.0及其碰撞组件实现;构建了3个虚拟吊装场景,实现了虚拟吊装场景碰撞检测性能测试;为了不影响虚拟塔吊各子部件之间牵连运动仿真的实现,同时兼顾提高碰撞检测的性能,基于哈夫曼树的应用特点,构建了虚拟塔吊碰撞检测哈夫曼树,并优化设计了存储结构,在此基础上,提出了虚拟塔吊CollisionDecHuffman碰撞检测算法。研究结果表明:基于包围盒以及层次包围盒的碰撞检测策略适用于虚拟吊装施工场景;虚拟塔吊层次树结构的设计会影响其碰撞检测的性能;CollisionDecHuffman碰撞检测算法降低了虚拟塔吊碰撞检测的平均查找长度,对于提高碰撞检测速度是有效的。
以施工中常用的小车变幅式塔吊为研究对象,提出基于机器人运动学D-H模型的虚拟塔吊运动学建模方法;分析了虚拟塔吊机器人关节构成及相应的运动副自由度变量,在此基础上构建了虚拟塔吊D-H杆件坐标系和杆件参数表,求得吊钩运动学方程;提出自主吊装路径规划Quick Guess改进算法,测试了算法性能;提出基于先进虚拟现实软件开发平台EON Professional 6.0的软件解决方案,初步构建了虚拟吊装仿真试验平台,并基于实时显示的仿真数据验证了吊钩运动学方程的正确性。研究结果表明:采用D-H模型实现虚拟塔吊运动学建模是可行的和有效的,具有简单直观的几何意义,可适用于其他复杂多体吊装机械的运动学建模;Quick Guess改进算法考虑了塔吊实际工况限制以及减少路径除尖角的计算,合理约束随机点的选择范围,提高了路径规划可靠性以及计算性能;规划的吊装路径符合实际吊装情况,更便于塔机司机的操作。
