能夠自主理解任務(wù),結(jié)合環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)和自身運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃是智能挖掘機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)的前提。本文以三一集團(tuán)智能挖掘機(jī)器人項(xiàng)目為背景,主要研究智能挖掘機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題。本文的主要工作如下。首先建立了空間坐標(biāo)系并給出坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系;建立了智能挖掘機(jī)器人機(jī)體與工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,給出任務(wù)規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的問題描述;設(shè)計(jì)了任務(wù)層與執(zhí)行層架構(gòu)。其次,對(duì)任務(wù)層的規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。將任務(wù)層的規(guī)劃問題分解為挖掘任務(wù)點(diǎn)的規(guī)劃問題及智能挖掘機(jī)器人工作裝置挖掘任務(wù)工作路徑的規(guī)劃問題,針對(duì)前者給出了基于興趣點(diǎn)地圖和圖論的挖掘任務(wù)點(diǎn)規(guī)劃算法;針對(duì)后者分析了工作裝置的工作空間,給出了挖掘動(dòng)作的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置序列。然后,對(duì)執(zhí)行層的規(guī)劃問題進(jìn)行了研究。將執(zhí)行層的規(guī)劃問題分解為工作裝置的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題和挖掘機(jī)器人行走軌跡規(guī)劃問題,針對(duì)前者設(shè)計(jì)了基于RRT*的路徑規(guī)劃算法和基于五次多項(xiàng)式和二次規(guī)劃的路徑平滑算法;針對(duì)后者設(shè)計(jì)了基于Hybrid A*的路徑規(guī)劃算法、基于梯度下降的路徑平滑算法、基于Frenet坐標(biāo)系的重規(guī)劃和軌跡生成算法。最后,給出整體算法的框架設(shè)計(jì),搭建了智能機(jī)器人自主挖掘任務(wù)的仿真平臺(tái)對(duì)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文圖1-1搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)面對(duì)諸多難以解決的現(xiàn)實(shí)問題，人們有著對(duì)智能挖掘機(jī)器人越來越強(qiáng)烈的需求[4]。具有自動(dòng)化作業(yè)能力的挖掘機(jī)不但能使人們遠(yuǎn)離惡劣的施工環(huán)境，同時(shí)也能滿足高精度的挖掘作業(yè)任務(wù)，減少人力成本，提高作業(yè)效率。由于市場(chǎng)的強(qiáng)烈需求和現(xiàn)有技術(shù)水平的制約，針對(duì)液壓挖掘機(jī)器人智能化、自主化方向的研究也逐漸成為相關(guān)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。圖1-2三一智能挖掘機(jī)針對(duì)上述問題，國(guó)內(nèi)外研究工作者提出了許多將人工操作的挖掘機(jī)器人改造為擁有半自動(dòng)或者全自動(dòng)作業(yè)能力挖掘機(jī)器人的解決方案。挖掘機(jī)器人能夠進(jìn)行自主作業(yè)的前提是挖掘機(jī)器人具備一定的規(guī)劃與控制技術(shù)[5,6]，這些技術(shù)在實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人自主作業(yè)中扮演者至關(guān)重要的角色。其中，可以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中的智能挖掘機(jī)器人應(yīng)當(dāng)具備完備的規(guī)劃能力，其中包括將施工作業(yè)任務(wù)任務(wù)轉(zhuǎn)化為數(shù)-2-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)行走-寫字和交互-行走功能，即智能挖掘機(jī)器人以一定方式繪制給定字樣和根據(jù)操作人員的手動(dòng)輸入或者預(yù)設(shè)軌跡進(jìn)行機(jī)動(dòng)演示。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1挖掘機(jī)器人智能化研究MSI1600挖掘機(jī)[11]是日本MITSUBISHI公司研制的能夠通過自動(dòng)化控制完成自主挖掘功能的經(jīng)典產(chǎn)品，具備自主巡航及返回、沿直線挖掘、自主裝卸等功能。同一時(shí)期，日本HitachiConstructionMachinery和Yamazaki公司分別實(shí)現(xiàn)了鏟斗齒尖的位置規(guī)劃控制和關(guān)節(jié)空間規(guī)劃控制等功能�？突仿〈髮W(xué)的AStentz等人[12]通過在挖掘機(jī)器人機(jī)體上加裝激光雷達(dá)的方式，實(shí)現(xiàn)了在揚(yáng)塵環(huán)境下的環(huán)境感知功能，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于工作裝置輪廓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提前對(duì)可能產(chǎn)生的碰撞進(jìn)行判斷。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還提出了一種實(shí)現(xiàn)對(duì)軌跡的實(shí)時(shí)規(guī)劃與對(duì)挖掘機(jī)器人復(fù)雜動(dòng)作跟蹤控制的規(guī)劃與控制方法。該方法將規(guī)劃與控制進(jìn)行了參數(shù)化，使其更具備通用性。但是該挖掘機(jī)器人系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)器人本身的行走，只能進(jìn)行原地的挖掘裝載任務(wù)。圖1-3卡耐基梅隆大學(xué)挖掘機(jī)器人樣機(jī)澳洲野外機(jī)器人中心（ACFR）的Q.P.Ha和Q.H.Nguyen等人[13–15]，將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)挖掘作業(yè)問題分為任務(wù)規(guī)劃、環(huán)境感知、整機(jī)控制三類，并通過加裝激光雷達(dá)、角度編碼器、應(yīng)變力傳感器的方式對(duì)KomatsuPCOS-7微型液壓挖掘機(jī)器人進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境感知、土壤識(shí)別和實(shí)時(shí)的工作裝置挖掘力與位置反饋等功-4-

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]一種改進(jìn)骨架提取的Voronoi路徑規(guī)劃[J]. 蔣林,李峻,馬先重,聶文康,朱建陽,雷斌.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2020(13)
[2]基于改進(jìn)A*算法的無人車路徑規(guī)劃[J]. 祁玄玄,黃家駿,曹建安.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2020(07)
[3]基于改進(jìn)D* Lite遺傳算法路徑規(guī)劃研究[J]. 李俊,舒志兵.  機(jī)床與液壓. 2019(11)
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[5]中國(guó)工程機(jī)械市場(chǎng)由超預(yù)期增長(zhǎng)步入穩(wěn)定發(fā)展階段[J]. 楊志芳.  今日工程機(jī)械. 2018(05)
[6]基于改進(jìn)勢(shì)場(chǎng)蟻群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃[J]. 王曉燕,楊樂,張宇,孟帥.  控制與決策. 2018(10)
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碩士論文
[1]基于視覺SLAM的履帶式液壓挖掘機(jī)行走軌跡跟蹤控制研究[D]. 章曉偉.浙江大學(xué) 2019
[2]基于VSLAM的挖掘機(jī)器人的自主導(dǎo)航避障研究[D]. 胡偉辰.浙江大學(xué) 2019
[3]智能挖掘機(jī)器人軌跡規(guī)劃與任務(wù)決策研究[D]. 張良?jí)?浙江大學(xué) 2019
[4]挖掘機(jī)器人工作裝置作業(yè)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)研究[D]. 王亞杰.浙江大學(xué) 2019
[5]挖掘機(jī)動(dòng)力臂挖掘軌跡規(guī)劃方法研究[D]. 郭子陽.太原科技大學(xué) 2017
[6]負(fù)載口獨(dú)立挖掘機(jī)的智能控制系統(tǒng)研究[D]. 劉禹廷.浙江大學(xué) 2016
[7]液壓挖掘機(jī)自主挖掘技術(shù)研究[D]. 宋軍.中南大學(xué) 2013
[8]基于GPRS和C/S+B/S的挖掘機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)的初步研究[D]. 馮海隆.浙江大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3115712