高拱坝振捣机避碰路径规划及动态仿真研究

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拱坝有着混凝土用量少、利用拱端基岩的反作用力维持稳定等独特优势在高山峡谷地带逐渐成为主流坝型。拱坝的施工空间狭窄,机械布置紧凑,各项作业交叉进行,高拱坝施工中机械之间的冲突尤为凸显,机械空间冲突轻则影响施工效率,重则造成施工事故,进行空间冲突检测对机械安全运行很有必要。振捣机是混凝土振捣的主要机械,由操作室、振捣臂架、振捣棒等部分组成,振捣机臂架在旋转和平移过程中,容易与仓面内的实体(平仓机、钢筋、施工人员等)发生碰撞,这就需要对振捣运行过程中的碰撞进行冲突检测并对运行路径予以调整。  本文以振捣机为研究对象,通过建立虚拟场景下振捣机与仓面实体间的时空冲突模型与调整机制,依据振捣机的运行规律规划其运动路径,主要研究内容如下:  (1)分析振捣机运行环境中的实体类型及与实体间的冲突类型,建立时空冲突的识别机制,应用空间分析理论划分振捣机运行安全空间,根据在同一时间内空间冲突的体积占有比例确定空间冲突类型,定量描述了空间冲突严重性衡量指标,从时间调整和空间调整两方面对振捣机运行空间冲突问题进行调整。  (2)分析振捣机的组成、运行机理,改进振捣器生产效率估算公式,以某一以缆机为主要浇筑机械的高拱坝施工为例,优化了振捣机数量和型号的配置。  (3)对振捣机臂架进行运动学分析,运用机器人运动学规划振捣臂架的姿态变换,实现了以最少次数变换动作完成浇筑任务;利用UWB定位技术对振捣机的运行路径进行实时监测,在PC端图形化显示振捣质量,实现了对振捣点位置规划的实时监控;结合混凝土骨料卸料点位置,以减少振捣机运行的移位时间为目标,规划出了仓面振捣机避开障碍物的最短移位时间的运行路径。
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