高空作业车臂架系统快速设计及其运动规划研究
发布时间：2021-03-21 18:05
高空作业车对于高层基础建筑的作业、灭火和救援,保障人民生命财产安全,具有重大的工程意义和设计需求紧迫性。随着城市化进程加快,高空作业车特别是大高度高空作业车的应用和需求越来越广泛。目前我国高空作业车产品技术水平与欧美日等发达国家和地区的产品相比差距甚为明显。这种落后体现在：基础性研究工作较少,尤其缺少高空的微动性、可操控性及其动态规划的综合控制方面的专门研究,没有及时引入新的设计理论和先进的计算方法,更谈不上对产品设计的“精雕细琢”。本文拟从高空作业车臂架系统的设计理论及平台多自由度协同运动规划两个方面进行研究,以注重工程的开发应用及其理论研究的探索作为研究目的,拟解决以下几个方面问题：开展几何非线性计算与相似性设计理论相结合的臂架系统快速设计。通过对比分析现有国外高空作业车系列产品结构形式及工作特点,寻找到影响产品性能的主要参数及其设计规律,得出进行相似性设计的基础可行性解；同时基于小变形的线性分析及大变形的非线性分析进行了臂架截面的相似性设计推导和过程分析,依此分别开展了设计模型与设计原型全几何相似的相似性设计、设计模型与设计原型应力相等的相似性设计、设计模型危险截面应力相同的相似...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 引言
1.2 课题相关国内外研究及发展现状
1.2.1 高空作业车的国内外研究
1.2.2 高空作业车的快速设计
1.2.3 高空作业车的运动规划
1.3 本文研究背景与意义
1.4 本文的主要研究内容
2 高空作业车臂架系统基于相似理论的快速设计方法
2.1 高空作业车臂架相似性快速设计思路
2.1.1 高空作业车传统设计要求及难点
2.1.2 高空作业车系列产品结构参数特点
2.2 高空作业车臂架相似性快速设计模型
2.2.1 设计计算工况说明
2.2.2 设计截面简化模型参数
2.2.3 截面相似准则的推导
2.2.4 危险截面受力递推公式
2.3 高空作业车臂架相似性快速设计计算
2.3.1 完全几何相似设计
2.3.2 设计模型与设计原型应力相等的相似性设计
2.3.3 设计模型危险截面应力相同的相似性设计
2.4 本章小结
3 高空作业车臂架系统展开运动规划研究
3.1 高空作业车平台运动轨迹的分级规划策略
3.1.1 高空作业车的基本运动介绍
3.1.2 高空作业车运动的分级规划策略
3.2 高空作业车臂架系统多自由度运动学模型的建立
3.2.1 D-H参数化模型
3.2.2 参数化模型变化矩阵验证
3.3 基于分离空间法的作业空间到关节空间轨迹规划
3.3.1 高空作业车的雅可比矩阵
3.3.2 高空作业车冗余逆运动学方程
3.3.3 速度范数最小的轨迹运动求解
3.4 本章小结
4 高空作业车臂架系统运动控制策略
4.1 基于约束稳定化理论的平稳轨迹控制
4.1.1 点对点平稳运动轨迹函数
4.1.2 工作平台平稳运动轨迹函数
4.1.3 约束稳定化理论闭环轨迹控制
4.2 臂架关节的移动运动与液压缸伸缩运动控制模型
4.2.1 一号臂各节臂伸缩运动与液压缸驱动关系
4.2.2 二号臂各节臂伸缩运动与液压缸驱动关系
4.3 臂架关节的转动运动与变幅液压缸运动控制模型
4.3.1 一号臂变幅动作与双变幅液压缸运动关系
4.3.2 二号臂变幅动作与变幅液压缸运动关系
4.3.3 飞臂变幅动作与变幅液压缸运动关系
4.4 本章小结
5 高空作业车设计与分析系统及应用
5.1 系统功能开发
5.2 系统模块介绍
5.2.1 臂架相似性设计
5.2.2 参数化建模输入
5.2.3 整车运动学分析
5.2.4 飞臂平台轨迹规划
5.2.5 变幅系统误差分析
5.3 设计应用
5.3.1 臂架截面的相似性设计应用
5.3.2 平台轨迹规划分级运动控制
5.3.3 闭环控制平台轨迹规划运动设计
5.3.4 空间变幅系统安装误差分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
创新点摘要
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下爆炸冲击波载荷中相似理论的重要应用价值[J]. 郑长允,赵鹏远. 价值工程. 2012(25)
[2]基于相似理论的风机性能快速计算模型[J]. 王路飞,谷波,王婷. 流体机械. 2012(07)
[3]基于相似理论的舰船结构模型爆炸试验[J]. 孙大鹏,程素秋,王雪松. 爆破. 2012(02)
[4]爆破飞石预测公式的量纲分析法[J]. 吴春平,刘连生,窦金龙,张光权. 工程爆破. 2012(02)
[5]核电站常规岛地下挡土墙土压力模型试验研究[J]. 袁杰,谷任国,房营光,冯伟喜. 岩石力学与工程学报. 2012(S1)
[6]我国高空作业车研究进展综述[J]. 黄桂芬,陈铭年. 机电技术. 2012(01)
[7]强夯模型试验及其研究进展[J]. 赵康,罗嗣海,石亮. 人民黄河. 2012(02)
[8]套缸式高空作业车摆臂机构机构综合分析[J]. 车仁炜,陆念力,周建成,薛渊. 哈尔滨工业大学学报. 2012(01)
[9]伸缩臂高空作业车轨迹跟踪控制方法研究[J]. 王硕,李恩,赵晓光,梁自泽. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(S2)
[10]基于ADAMS的高空作业车举升臂动力学研究[J]. 殷时蓉,贾永清,尹信贤. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2011(05)
博士论文
[1]结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究[D]. 朱彤.大连理工大学 2004
[2]基于设计知识重用的集成产品快速开发技术的理论与实践[D]. 齐元胜.武汉理工大学 2003
硕士论文
[1]考虑大变形因素的高空作业车倾覆稳定性研究[D]. 刘东.大连理工大学 2011
[2]直臂式高空作业车方案设计软件研究与开发[D]. 杜祥宁.大连理工大学 2011
[3]特殊环境用高空作业车的研制[D]. 刘文武.哈尔滨工业大学 2011
[4]基于状态监测的27米自行直臂式高空作业车故障诊断系统研究与设计[D]. 舒兴祖.长安大学 2011
[5]高空作业车运动学仿真与控制[D]. 朱苛娄.大连理工大学 2011
[6]登高平台消防车变幅机构仿真及优化[D]. 刘金刚.吉林大学 2011
[7]折叠式高空作业车动力学分析及残留振荡抑制方法研究[D]. 王富亮.电子科技大学 2011
[8]高空作业车臂架有限元分析及其调平系统设计[D]. 高崇金.中南林业科技大学 2009
[9]高空作业车虚拟样机研究[D]. 杜羽寅.长安大学 2009
[10]基于安全的高空作业车的设计优化及可靠性研究[D]. 张璐.燕山大学 2009
本文编号：3093310
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：156 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 引言
1.2 课题相关国内外研究及发展现状
1.2.1 高空作业车的国内外研究
1.2.2 高空作业车的快速设计
1.2.3 高空作业车的运动规划
1.3 本文研究背景与意义
1.4 本文的主要研究内容
2 高空作业车臂架系统基于相似理论的快速设计方法
2.1 高空作业车臂架相似性快速设计思路
2.1.1 高空作业车传统设计要求及难点
2.1.2 高空作业车系列产品结构参数特点
2.2 高空作业车臂架相似性快速设计模型
2.2.1 设计计算工况说明
2.2.2 设计截面简化模型参数
2.2.3 截面相似准则的推导
2.2.4 危险截面受力递推公式
2.3 高空作业车臂架相似性快速设计计算
2.3.1 完全几何相似设计
2.3.2 设计模型与设计原型应力相等的相似性设计
2.3.3 设计模型危险截面应力相同的相似性设计
2.4 本章小结
3 高空作业车臂架系统展开运动规划研究
3.1 高空作业车平台运动轨迹的分级规划策略
3.1.1 高空作业车的基本运动介绍
3.1.2 高空作业车运动的分级规划策略
3.2 高空作业车臂架系统多自由度运动学模型的建立
3.2.1 D-H参数化模型
3.2.2 参数化模型变化矩阵验证
3.3 基于分离空间法的作业空间到关节空间轨迹规划
3.3.1 高空作业车的雅可比矩阵
3.3.2 高空作业车冗余逆运动学方程
3.3.3 速度范数最小的轨迹运动求解
3.4 本章小结
4 高空作业车臂架系统运动控制策略
4.1 基于约束稳定化理论的平稳轨迹控制
4.1.1 点对点平稳运动轨迹函数
4.1.2 工作平台平稳运动轨迹函数
4.1.3 约束稳定化理论闭环轨迹控制
4.2 臂架关节的移动运动与液压缸伸缩运动控制模型
4.2.1 一号臂各节臂伸缩运动与液压缸驱动关系
4.2.2 二号臂各节臂伸缩运动与液压缸驱动关系
4.3 臂架关节的转动运动与变幅液压缸运动控制模型
4.3.1 一号臂变幅动作与双变幅液压缸运动关系
4.3.2 二号臂变幅动作与变幅液压缸运动关系
4.3.3 飞臂变幅动作与变幅液压缸运动关系
4.4 本章小结
5 高空作业车设计与分析系统及应用
5.1 系统功能开发
5.2 系统模块介绍
5.2.1 臂架相似性设计
5.2.2 参数化建模输入
5.2.3 整车运动学分析
5.2.4 飞臂平台轨迹规划
5.2.5 变幅系统误差分析
5.3 设计应用
5.3.1 臂架截面的相似性设计应用
5.3.2 平台轨迹规划分级运动控制
5.3.3 闭环控制平台轨迹规划运动设计
5.3.4 空间变幅系统安装误差分析
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
创新点摘要
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下爆炸冲击波载荷中相似理论的重要应用价值[J]. 郑长允,赵鹏远. 价值工程. 2012(25)
[2]基于相似理论的风机性能快速计算模型[J]. 王路飞,谷波,王婷. 流体机械. 2012(07)
[3]基于相似理论的舰船结构模型爆炸试验[J]. 孙大鹏,程素秋,王雪松. 爆破. 2012(02)
[4]爆破飞石预测公式的量纲分析法[J]. 吴春平,刘连生,窦金龙,张光权. 工程爆破. 2012(02)
[5]核电站常规岛地下挡土墙土压力模型试验研究[J]. 袁杰,谷任国,房营光,冯伟喜. 岩石力学与工程学报. 2012(S1)
[6]我国高空作业车研究进展综述[J]. 黄桂芬,陈铭年. 机电技术. 2012(01)
[7]强夯模型试验及其研究进展[J]. 赵康,罗嗣海,石亮. 人民黄河. 2012(02)
[8]套缸式高空作业车摆臂机构机构综合分析[J]. 车仁炜,陆念力,周建成,薛渊. 哈尔滨工业大学学报. 2012(01)
[9]伸缩臂高空作业车轨迹跟踪控制方法研究[J]. 王硕,李恩,赵晓光,梁自泽. 华中科技大学学报(自然科学版). 2011(S2)
[10]基于ADAMS的高空作业车举升臂动力学研究[J]. 殷时蓉,贾永清,尹信贤. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2011(05)
博士论文
[1]结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究[D]. 朱彤.大连理工大学 2004
[2]基于设计知识重用的集成产品快速开发技术的理论与实践[D]. 齐元胜.武汉理工大学 2003
硕士论文
[1]考虑大变形因素的高空作业车倾覆稳定性研究[D]. 刘东.大连理工大学 2011
[2]直臂式高空作业车方案设计软件研究与开发[D]. 杜祥宁.大连理工大学 2011
[3]特殊环境用高空作业车的研制[D]. 刘文武.哈尔滨工业大学 2011
[4]基于状态监测的27米自行直臂式高空作业车故障诊断系统研究与设计[D]. 舒兴祖.长安大学 2011
[5]高空作业车运动学仿真与控制[D]. 朱苛娄.大连理工大学 2011
[6]登高平台消防车变幅机构仿真及优化[D]. 刘金刚.吉林大学 2011
[7]折叠式高空作业车动力学分析及残留振荡抑制方法研究[D]. 王富亮.电子科技大学 2011
[8]高空作业车臂架有限元分析及其调平系统设计[D]. 高崇金.中南林业科技大学 2009
[9]高空作业车虚拟样机研究[D]. 杜羽寅.长安大学 2009
[10]基于安全的高空作业车的设计优化及可靠性研究[D]. 张璐.燕山大学 2009
本文编号：3093310
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