Sequence Planning for On-Orbit Assembly of Large Space Truss Structures in a Multirobot Environment

An approach to sequence planning for on-orbit assembly of large space truss structures in a multirobot environment is presented. A hierarchical representation of large space truss structures at the structural volume element level and strut level is adopted. The representation of connectivity matrix and directed graph is respectively presented at the strut level and SVE level. The multirobot environment that consists of autonomous space robots and struts is supposed. Then the multirobot serial assembly strategy,assembly states,assembly tasks and assembly sequences are described. The assembly sequence planning algorithms at the strut level and SVE level are respectively discussed. The results of the simulations show that this approach is feasible and efficient. Two extensions of this approach include more accurate assessment of the efficiency representation and improvements in planning algorithm. In the future,the assembly sequence planning of more large space truss structures and complex multirobot environments and assembly tasks will be considered.

面向桁架攀爬的三分支机器人步态规划方法

为解决载荷大范围在轨平稳搬运问题,设计三分支机器人面向桁架攀爬的步态规划方法,使其能够平稳搬运载荷运动到部署位置完成大型航天器组装任务。以21自由度三分支机器人为研究对象,结合桁架结构划分多种攀爬步态单元;针对每种步态单元规划了单元周期内2条攀爬分支的交替夹持顺序以及末端的夹持位姿;针对大范围桁架搬运任务,基于可夹持区域构建表征桁架表面任意两杆间可过渡性的邻接矩阵,并利用Floyd算法生成距离矩阵与路径矩阵,规划出任意两杆间的最短攀爬路径,并将路径中的桁架杆件节点序列映射为机器人可执行的步态单元序列;基于三次B样条曲线对每种步态单元周期内2条攀爬分支的末端轨迹进行规划,实现攀爬分支末端在两夹持点间的攀爬过渡。仿真实验表明:所设计的步态规划方法能够使机器人实现在不同位置关系的桁架杆件之间的过渡,从而具备到达桁架表面任意位置的能力。

基于力流和有限元法的路径规划

提出了一种基于力流和有限元法的路径规划方法,旨在解决复杂环境下全局路径规划的问题。将地图等效为由杆单元构成的桁架结构,在起点和终点处施加静定约束条件和相互作用力,通过捕捉点到点的力流解决避障和路径规划问题。力在物体中的传递遵循最短路径原则,因此力流路径不会偏离最优路径太远。根据上述原理设计了基于杆单元的路径规划算法,以简单桁架模型对路径计算过程进行详细演示,并分析了网格对计算效率的影响,证明了算法的可行性。在复杂迷宫地图中用本文算法与A*算法进行对比,结果显示本方法在大规模和复杂地图上具有优势,有限元法的网格构建方式比A*算法更自由,因此使计算规模更加容易控制。

西藏某钢框架住宅结构设计

因钢框架结构相对混凝土结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工周期短和节能环保等优点,在西藏某政府周转房设计中采用装配式钢框架结构形式,对钢框架结构在高层住宅中的应用进行技术探讨。首先,根据建筑布置及初步结构计算,确定钢框柱、梁、板的布置及截面尺寸;其次,用PKPM计算结构的各项性能指标;最后,进行节点和楼梯及防火设计。结果表明:结构模型的各项指标均满足现行规范要求,该设计方案是可行的,可供相关工程参考。

一座110 m简支钢桁梁管架桥设计

文章以一座110 m简支钢桁梁管架桥为依托,对环境条件复杂、景观要求高、横向稳定问题突出、高等级航道中施工严苛的管架桥设计方案进行了深入分析,提炼出了其中的关键特点,如:融合大运河景观,做好桥型与景观设计;统筹各控制因素,合理处理与航道、水利、高桥及周边管线的关系;多举措、多管齐下,解决桥梁横向稳定问题;注重细节设计,保证结构受力合理,满足人性化需求等。项目取得了较好的效果,可为类似项目提供借鉴。

基于Kriging代理模型的环形网状天线展开过程规划

针对环形网状天线小冲击、低能耗展开的应用需求,提出了一种基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划方法。建立了综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性的环形网状天线展开动力学模型,并针对动力学分析模型的计算耗时问题,基于Kriging模型构建了环形网状天线展开过程动力学分析的代理模型。基于此,提出了环形网状天线展开过程规划的非自适应和自适应两种优化策略,通过合理设计驱动绳索的索长收纳函数实现天线展开角加速度峰值和驱动功率峰值最小化。优化结果表明,与运动学规划方法相比,基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划能够显著降低展开角加速度峰值和驱动功率峰值;与非自适应策略相比,自适应优化策略能够在保证代理模型精度的条件下大幅度提高优化效率。该研究结果可为环形网状天线实现小冲击、低能耗展开提供一定的实际指导作用。

BIM技术在大型钢管桁架结构施工中的应用研究

以某县运动场项目为研究对象,介绍了BIM技术在钢结构二次深化设计和施工中的应用。运用了Tekla Structures、navisworks、BIM 5D等软件或技术平台,充分发挥各自的优势,在深化设计的基础上通过三维虚拟建造、可视化技术交底及漫游等,优化施工方案,确保了工程质量、节省了工程造价、保障了施工安全,打造了精品工程。

大断面软弱复合顶板巷道支护技术研究

为解决大断面软弱复合顶板巷道支护技术应用过程存在的局限问题,以实际煤矿开采工程项目为例,分析了复合顶板巷道支护技术的应用现状,并提出了桁架锚索与锚杆联合控制方案与模型优化方法。结果表明,需在明确软弱复合顶板巷道岩体受力状态的情况下,着手选用巷道支护手段,以保证支护效果。

高速铁路大跨度钢桁架桥接触网关键技术研究

近年来,由于复杂路网下高速铁路需跨越江河湖海,大跨度钢桁架桥不断涌现。大跨度钢桁架梁纵向伸缩量大且变位复杂,接触网在设计过程中应充分考虑钢桁架梁的伸缩与变位特征对其产生的影响,研究大跨度钢桁架桥梁接触网设计多因素配合机理和数学计算,以确保高速铁路大跨度钢桁架桥上接触网的正常、安全工作。通过对大跨度钢桁架桥梁体纵向伸缩与接触网锚段布置配合间的跨度、温度、锚段补偿方向等关键因素数据进行分类,采用多因素敏感性分析的方法,推导出接触网张力补偿装置在钢桁架梁伸缩及线涨伸缩共同作用下坠砣最大行程变化量、补偿装置b值与a值安装曲线等计算公式。通过典型工况计算对比发现,缩短锚段长度能有效改善钢梁伸缩对接触网影响;采用对比法研究大跨度钢桁架桥在不同接触网锚段布置方式下钢梁伸缩对张力补偿装置的影响大小,提出了720 m以下、720~849 m、850~1 900 m及1 900 m以上4种不同跨度钢桁架桥的接触网最优锚段布置方式。本文相关研究及计算公式可为高速铁路大跨度钢桁架桥上接触网平面布置、张力补偿装置安装参数选用等关键技术提供一定理论支持。

新沈阳南站中央站房大跨度拱形平面钢桁架施工技术

新建铁路沈阳南站中央站房屋盖采用大跨度拱形平面桁架的结构形式,通过对分段吊装与双机抬吊两种施工方案的优劣进行详细对比,最终选择了分段吊装的施工方案。通过该方案的实施,在保证施工质量与安全的同时,缩短了工期。

虎跳峡金沙江大桥方案研究

研究目的:虎跳峡金沙江大桥为丽香铁路的重点控制性工程。大桥桥址位于环境敏感区、高烈度地震区及断裂发育带,需要综合线路走线、环保、地形、地质情况及金沙江中游水电开发规划的影响,选择虎跳峡金沙江大桥的合理桥位及桥式方案。研究结论:(1)虎跳峡金沙江大桥的8号桥位416 m上承式钢桁拱桥是最优的工程方案,27号桥位(98+660+98)m钢桁梁悬索桥可以为规划中的水电开发预留条件,整体上经济、社会效应更好;(2)上承式钢桁拱桥承载能力高、刚度大、造型优美,适用于高山峡谷地形,但其拱肋位于结构下方,影响桥下蓄水及通航;(3)钢桁梁悬索桥抗震性能好,结构刚度能满足铁路列车的行车要求;(4)研究成果对于高山峡谷区大跨度铁路桥梁的桥位桥式比选有较好的借鉴意义。

基于双层平面索变形的车辐式张拉结构找形方法

建立了由上层索、下层索、飞柱组成的双层平面索结构,根据节点平衡推导了各索段拉力的计算公式;基于索拉力产生的平衡荷载与索拉力水平分量及索竖向变形之间的关系,推导了平面索在竖向荷载作用下变形计算的有限元列式;通过对平面索结构边界节点施加竖向位移,将上下索边节点移动到建筑要求的位置;当飞柱高度不同时,可通过飞柱的伸长或缩短达到设计要求的飞柱高度,最终实现车辐式张拉结构找形。本文还给出了找形后结构分析和索张拉控制所需的初应变计算公式以及考虑边界梁和柱子在索力下产生弹性变形的处理方法。通过对车辐式张拉结构工程实例进行找形计算,介绍了有限元法的计算过程;对找形后车辐式张拉结构进行了受力分析,将找形时结构荷载施加在找形后的结构上,结构最大竖向位移仅为0.72mm,验证了该找形方法的正确性。

一种用于空间在轨装配的两级递阶智能规划算法

为了解决空间装配规划问题,分别在桁杆层通过连接矩阵来表示装配序列,在结构单元层通过定向图表示法保证装配任务的可行性,并给出了一种多空间机器人连续装配策略。由此提出了一种两级递阶智能规划算法:一级规划根据分层表示,通过考虑装配方向和时间影响的改进蚁群算法生成无任务分配的装配序列;二级规划根据连续装配策略和一级序列,进一步通过考虑任务空闲度和路径效率影响的改进蚁群算法递阶生成有任务分配的装配序列。算例研究分别给出了两级规划得到的装配序列,并检验该算法是可行的。

悬臂桁架最优布局的优化设计新方法

本文将正交设计的思想引进到悬臂桁架最优布局的优化设计中,与通常采用的动态规划法相比,不但方法简单、容易掌握,而且工作量将节省40％以上。由于桁架结构是各类结构中比较基本的结构,因此,本文提供的方法也为排架结构、框架结构等结构的优化设计提供了一种新的方法。

天津奥林匹克体育中心游泳跳水馆施工过程分析

天津奥林匹克体育中心游泳跳水馆的屋盖结构体系采用了空间桁架结构。对于空间桁架结构而言,目前多数研究主要集中在节点承载力、静动力性能及其稳定性能上,对于结构施工过程的数值模拟涉及较少。而在大跨度空间钢结构桁架施工过程中,由于结构温度的变化、太阳辐射的影响和卸载方案的差异,施工过程将对结构在使用阶段的力学性能产生显著的影响。以天津奥林匹克体育中心游泳跳水馆钢结构空间桁架结构为工程背景,分析了不同卸载方案、考虑太阳辐射影响的不同合拢温度下钢结构桁架的杆件内力、节点位移、支座反力等结构响应,得出了卸载方案和合拢温度对结构性能的影响程度,为今后大跨度桁架结构的施工方案制定提供了参考和设计依据。

拉索式空间预应力钢桁架优化分析与方案比较(之一)

基于本文建立的拉索式空间预应力钢桁架优化分析的一般计算模型 ,对几种不同结构方案的预应力立体钢桁架进行了优化分析 ,得到了相应结构的整体刚度参数—最大挠跨比与钢索预拉力、钢索截面尺寸及总用钢量等参数的变化关系 (用一组图表表示 ) ,并讨论了不同结构方案的用钢量与高跨比 (桁架高度 )的关系 ,为拉索式预应力立体钢桁架结构方案的选取及设计提供了一定的参考依据。

冗余自由度变几何桁架机器人的轨迹规划

本文对冗余度变几何桁架机器人的轨迹规划进行了研究。讨论了采用不同的评价函数，从而改善冗余度机器人的运动特性，并对四重四面体变几何桁架机器人进行了仿真计算。

国家速滑馆屋面环桁架安装方案研究

主要从定性和定量两方面对国家速滑馆屋面环桁架安装工程进行了场馆外吊装、场馆内吊装、高空滑移等方案的比选和优化,根据比选和优化结果提出国家速滑馆屋面环桁架安装最终的总体施工方案,可对类似工程施工提供参考。

拉索式预应力立体钢桁架优化方案比较

建立了拉索式空间预应力钢桁架优化分析的计算方法。利用该方法对不同的预应力立体钢桁架结构方案进行了优化分析 ,通过大量计算得到了相应结构的总用钢量、最大挠跨比与钢索预拉力、外荷载等因素的变化关系。并讨论了不同结构方案的优化结果与布索形式和高跨比 (桁架高度 )的关系 。

大型空间桁架结构装配序列的分层规划方法

为了自主规划空间在轨装配任务的装配序列,结合大型空间桁架结构的固有分层特性,提出了一种基于连接矩阵的分层规划方法.根据连接矩阵的定义和分层规划的基本原理,通过分析几何结构单元之间普遍的三种连接方式,提出了相应结构的连接矩阵建立方法和规则,来组织低层规划;通过对大型结构进行结构分析,运用桁架结构几何原理,建立整个结构的连接矩阵,来实现高层规划,并以常见的空间桁架结构为例进行了说明,从几何特性角度,讨论了该方法的普遍性.