本文關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)路徑規(guī)劃與路徑跟蹤研究

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【摘要】：工程機(jī)械的智能化和自動(dòng)化是工業(yè)生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率、節(jié)約人力成本的重要手段,也是當(dāng)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文在機(jī)器人運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出基于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的橋式起重機(jī)無人化運(yùn)行系統(tǒng)方案,提出了動(dòng)態(tài)路徑避障規(guī)劃算法,并實(shí)現(xiàn)了吊鉤對(duì)路徑的跟蹤。使橋式起重機(jī)具備了在復(fù)雜環(huán)境中,自我感知,自我規(guī)劃,自我運(yùn)行的能力,為實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)無人化運(yùn)行提供了理論與技術(shù)支撐。完成的主要內(nèi)容有：首先在分析現(xiàn)有橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作原理、各功能模塊的聯(lián)系和作用,設(shè)計(jì)出滿足橋式起重機(jī)實(shí)際需求的智能無人化系統(tǒng)方案,并對(duì)系統(tǒng)的工作原理做了詳細(xì)分析。對(duì)橋式起重機(jī)現(xiàn)有系統(tǒng)中的定位缺陷問題,改進(jìn)了定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了橋式起重機(jī)的精確定位。在此基礎(chǔ)上,以全局路徑長(zhǎng)度最短為目標(biāo)函數(shù),將柵格化地圖建模與蟻群算法相結(jié)合得到橋式起重機(jī)在全局靜態(tài)環(huán)境中的優(yōu)化路徑。隨后,針對(duì)工作環(huán)境中存在的動(dòng)態(tài)障礙物,提出了將滾動(dòng)窗口局部規(guī)劃與全局路徑規(guī)劃相結(jié)合的雙層路徑規(guī)劃策略,對(duì)吊鉤與動(dòng)態(tài)障礙的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)做了碰撞分析,并針對(duì)各類動(dòng)態(tài)障礙物提出了對(duì)應(yīng)的避碰策略。此外,對(duì)吊鉤在受幾何空間約束下的安全性進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過MATLAB仿真試驗(yàn)證實(shí)了該避障算法對(duì)橋式起重機(jī)在復(fù)雜工作環(huán)境下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的可行性。最后,對(duì)橋式起重機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的路徑跟蹤問題進(jìn)行了研究,通過對(duì)路徑特點(diǎn)的分析,將路徑跟蹤問題轉(zhuǎn)換為大、小電機(jī)之間的協(xié)同轉(zhuǎn)動(dòng),并將虛擬主軸的同步控制方式引入到路徑跟蹤系統(tǒng)之中,建立了大、小車電機(jī)同步控制模型。為了提高單個(gè)電機(jī)抗干擾的能力在單個(gè)電機(jī)軸中加入加速度反饋并驗(yàn)證了其改進(jìn)的有效性。在MATLAB/Simulink環(huán)境下的大、小車同步仿真分析驗(yàn)證了當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾時(shí)保持同步協(xié)調(diào)運(yùn)行的能力。路徑跟蹤仿真表明吊鉤的實(shí)際運(yùn)行路徑能較好地沿著規(guī)劃路徑行走,在受到外界擾動(dòng)時(shí)也可以較快地返回到理想的規(guī)劃路徑上。
【關(guān)鍵詞】：橋式起重機(jī) 智能運(yùn)行系統(tǒng) 路徑規(guī)劃 蟻群算法 同步控制
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242;TH215
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-11
• 1.1 橋式起重機(jī)無人化研究與應(yīng)用現(xiàn)狀8-9
• 1.2 課題的背景意義9-10
• 1.3 論文的內(nèi)容組織構(gòu)架10-11
• 2 橋式起重機(jī)無人化運(yùn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及定位技術(shù)11-21
• 2.1 橋式起重機(jī)無人化運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)11-12
• 2.2 橋式起重機(jī)無人化運(yùn)行系統(tǒng)的工作原理12-13
• 2.3 定位控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)13-16
• 2.3.1 定位控制系統(tǒng)工作原理13-14
• 2.3.2 定位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案14-16
• 2.3.3 定位控制系統(tǒng)技術(shù)特性16
• 2.4 橋式起重機(jī)定位傳感器選型16-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 3 基于蟻群算法的橋式起重機(jī)全局路徑規(guī)劃21-36
• 3.1 路徑規(guī)劃概述21-22
• 3.2 智能路徑規(guī)劃方法分析22-24
• 3.3 橋式起重機(jī)工作環(huán)境地圖的建模處理24-28
• 3.3.1 柵格法建立環(huán)境地圖24-25
• 3.3.2 基于橋式起重機(jī)的柵格地圖處理25-28
• 3.4 基于蟻群算法的全局路徑規(guī)劃28-35
• 3.4.1 蟻群算法原理分析29-30
• 3.4.2 蟻群算法的模型建立30-33
• 3.4.3 基于蟻群算法的全局路徑規(guī)劃仿真33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 4 橋式起重機(jī)動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃與安全性分析36-50
• 4.1 算法構(gòu)架分析與環(huán)境描述36-37
• 4.2 吊鉤與障礙物碰撞分析37-40
• 4.2.1 動(dòng)態(tài)障礙物恒定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的碰撞分析38-39
• 4.2.2 動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的碰撞分析39-40
• 4.3 局部避碰策略40-41
• 4.3.1 動(dòng)態(tài)障礙物恒定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的避碰策略40-41
• 4.3.2 動(dòng)態(tài)障礙物時(shí)變運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的避碰策略41
• 4.4 局部滾動(dòng)避碰算法41-42
• 4.5 受幾何約束的吊鉤運(yùn)動(dòng)安全性分析42-44
• 4.5.1 吊鉤運(yùn)動(dòng)禁入?yún)^(qū)42-44
• 4.5.2 潛在碰撞區(qū)44
• 4.6 橋式起重機(jī)雙層路徑規(guī)劃算法44-47
• 4.7 動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃仿真與結(jié)果分析47-49
• 4.8 本章小結(jié)49-50
• 5 基于無軸傳動(dòng)控制的吊鉤路徑跟蹤50-64
• 5.1 大小車電機(jī)同步概述50-51
• 5.2 多電機(jī)同步傳動(dòng)控制方法分析51-53
• 5.3 虛擬主軸同步方案53-58
• 5.3.1 過程負(fù)載模型54-55
• 5.3.2 虛擬主軸控制方式建模55-58
• 5.4 仿真結(jié)果分析58-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-68
• 致謝68-69

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本文編號(hào)：630897