發(fā)布時間：2017-05-05 08:08

  本文關(guān)鍵詞：基于空間避障的冗余度高空作業(yè)車軌跡規(guī)劃，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：百米級大型高空車是用于高層建筑救援與消防的起重舉升專用設(shè)備,隨著居民人身及設(shè)備財產(chǎn)安全的保障要求日益得到重視,越來越多的車輛被采購并裝備。近年來在我國自主開發(fā)大型高空作業(yè)車的過程中,衍生出了眾多待解決的關(guān)鍵技術(shù),而順應(yīng)工程機械控制智能化的發(fā)展趨勢,多關(guān)節(jié)冗余度臂架避障軌跡規(guī)劃問題也應(yīng)運而生。 本文來源于大連理工大學(xué)多年來與各主機廠合作設(shè)計研發(fā)大高度高空作業(yè)車進(jìn)行的技術(shù)探索,從算法的角度提出了基于幾何圖形學(xué)、機器人運動學(xué)、啟發(fā)式路徑搜索以及變截面懸臂梁模型的高空作業(yè)車臂架避障規(guī)劃方案。本論文主要工作和研究內(nèi)容如下： (1)首先根據(jù)某百米級高空作業(yè)車的實際結(jié)構(gòu)對多自由度的復(fù)合臂架系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化建模,列出了D-H參數(shù)與齊次變換矩陣。針對臂架和障礙物的關(guān)系,進(jìn)行空間障礙物模型的簡化,提出了空間包絡(luò)球、有界矩形平面、圓柱體障礙模型與臂架碰撞與避碰的幾何規(guī)則。作為空間問題的特例,分析了平面內(nèi)臂架與包絡(luò)圓及線段障礙的避碰規(guī)則。 (2)利用啟發(fā)式的A*算法在MATLAB中編寫了相關(guān)程序,在四維關(guān)節(jié)構(gòu)型空間內(nèi)進(jìn)行了路徑搜索。通過算例進(jìn)行PTP路徑規(guī)劃數(shù)值仿真,驗證了避障方法的實用可行。對于同時包含變幅轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)與伸縮關(guān)節(jié)的高空車臂架系統(tǒng)的路徑搜索方法的估價函數(shù)的設(shè)計進(jìn)行了研究,得到了搜索點最少、搜索速度最快的尋優(yōu)路徑。得到了關(guān)節(jié)空間的位姿序列后,根據(jù)驅(qū)動伸縮油缸實際的速度條件,確定節(jié)點間每個關(guān)節(jié)最短運動時間,對位姿序列進(jìn)行三次樣條插值得到各關(guān)節(jié)的運動曲線,進(jìn)行了最優(yōu)時間規(guī)劃。 (3)借助PTP問題的思路,提出將特定路徑視為障礙物邊緣的方法,確定了始末點構(gòu)型選取的原則,令臂架末端做沿特定路徑的運動,實現(xiàn)了CP規(guī)劃。并對凹圖形采用分段選取始末點的方法,通過算例驗證了軌跡跟蹤的效果。 (4)針對臂架在實際中大臂長作業(yè)時發(fā)生的大撓度變形,研究了變截面組合臂的力學(xué)模型后對算法進(jìn)行修改,并將考慮變形的規(guī)劃結(jié)果與剛性臂架模型結(jié)果進(jìn)行了對比。
【關(guān)鍵詞】：大型高空作業(yè)車 避障規(guī)劃 A~*算法 臂架變形
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH211.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 大型高空作業(yè)車概述9-12
• 1.1.1 大型高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)形式概述9-11
• 1.1.2 高空作業(yè)車關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展11-12
• 1.2 機械臂軌跡規(guī)劃及控制研究概述12-14
• 1.2.1 機械臂軌跡規(guī)劃及控制研究概述12-13
• 1.2.2 冗余度機械臂避障軌跡規(guī)劃及控制研究概述13-14
• 1.3 本論文研究課題概述14-17
• 1.3.1 本論文的選題意義14-15
• 1.3.2 本論文的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點15-17
• 2 高空作業(yè)車避障規(guī)劃運動學(xué)建模17-29
• 2.1 高空作業(yè)車運動學(xué)模型的建立17-21
• 2.1.1 Denavit-Hartenburg坐標(biāo)系的建立17-20
• 2.1.2 齊次變換矩陣推導(dǎo)20-21
• 2.2 臂架與空間障礙的碰撞幾何判斷規(guī)則21-28
• 2.2.1 包絡(luò)球模型碰撞判斷規(guī)則21-23
• 2.2.2 有界矩形平面障礙模型碰撞判斷規(guī)則23-24
• 2.2.3 圓柱體障礙模型碰撞判斷規(guī)則24-26
• 2.2.4 簡化的平面障礙表達(dá)26-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 3 基于啟發(fā)式算法的避障軌跡規(guī)劃29-48
• 3.1 PTP問題的避障軌跡規(guī)劃29-34
• 3.1.1 A~*算法及其估價函數(shù)介紹29
• 3.1.2 PTP問題的軌跡規(guī)劃29-32
• 3.1.3 算例仿真及估價函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計32-34
• 3.2 避障問題的最優(yōu)時間規(guī)劃34-38
• 3.2.1 規(guī)劃序列的三次樣條曲線擬合34-35
• 3.2.2 節(jié)點間關(guān)節(jié)運動速度的確定35
• 3.2.3 最優(yōu)時間規(guī)劃算例仿真35-38
• 3.3 CP問題的軌跡規(guī)劃38-45
• 3.3.1 連續(xù)路徑規(guī)劃問題38-39
• 3.3.2 基于A~*算法的CP問題方法39-43
• 3.3.3 高空作業(yè)車CP規(guī)劃算例43-45
• 3.4 考慮驅(qū)動空間和控制層級的完整規(guī)劃45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 4 考慮臂架變形的避障軌跡規(guī)劃48-63
• 4.1 高空作業(yè)車變截面伸縮臂力學(xué)模型48-57
• 4.1.1 變截面梁力學(xué)模型48-53
• 4.1.2 高空作業(yè)車臂架組合力學(xué)模型53-57
• 4.2 考慮臂架變形的避障軌跡規(guī)劃算例57-62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吉愛國，，馮汝鵬，郭偉，張錦江;用分離空間法解決冗余度機器人的最優(yōu)規(guī)劃[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1996年05期

2 楊明遠(yuǎn);孫漢旭;賈慶軒;陳鋼;;七自由度空間機械臂避障路徑規(guī)劃方法[J];航天器工程;2011年04期

3 王碩;李恩;趙曉光;梁自澤;;伸縮臂高空作業(yè)車軌跡跟蹤控制方法研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年S2期

4 孟江華,朱紀(jì)洪,孫增圻;未知環(huán)境下基于傳感器的移動機器人路徑規(guī)劃新方法[J];機器人;2005年04期

5 楊政;尚建忠;王彪;唐力;梁科山;茍明康;;液壓驅(qū)動機械臂的軌跡規(guī)劃[J];機械設(shè)計與研究;2009年02期

6 祖迪,吳鎮(zhèn)煒,談大龍;一種冗余機器人逆運動學(xué)求解的有效方法[J];機械工程學(xué)報;2005年06期

7 陳靖波;趙猛;張珩;;空間機械臂在線實時避障路徑規(guī)劃研究[J];控制工程;2007年04期

8 夏秀峰;;淺談我國高空作業(yè)車發(fā)展[J];建筑機械化;2010年09期

9 白樺,陸念力,呂廣明;液壓挖掘機工作裝置運動軌跡的智能化模糊控制[J];建筑機械;2000年01期

10 張華;;縱覽中國高空作業(yè)機械行業(yè)[J];建筑機械;2007年19期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉東;考慮大變形因素的高空作業(yè)車傾覆穩(wěn)定性研究[D];大連理工大學(xué);2011年

2 朱苛婁;高空作業(yè)車運動學(xué)仿真與控制[D];大連理工大學(xué);2011年

3 滕儒民;高空作業(yè)車的動力學(xué)分析[D];大連理工大學(xué);2002年

4 黃琳;起重機伸縮臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];大連理工大學(xué);2007年

5 高楊;登高平臺消防車風(fēng)振分析[D];大連理工大學(xué);2012年

6 劉鵬飛;伸縮臂高空作業(yè)車直線軌跡控制研究[D];大連理工大學(xué);2012年

7 鄧梁;百米登高平臺消防車調(diào)平系統(tǒng)的動態(tài)特性研究[D];大連理工大學(xué);2012年

8 李江;登高平臺消防車臂架筋板優(yōu)化分析[D];大連理工大學(xué);2012年

9 楊萍;沖擊載荷作用下登高平臺消防車動態(tài)響應(yīng)研究[D];大連理工大學(xué);2012年

10 崔竹君;百米登高平臺消防車變幅系統(tǒng)仿真研究[D];大連理工大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：基于空間避障的冗余度高空作業(yè)車軌跡規(guī)劃，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：345975