基于空间避障的冗余度高空作业车轨迹规划.pdf

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1、犬硿大莩颀士莩位佗文基于空间避障的冗余度高空作业车轨迹规划学科专业——村械设甘昱爭牟―作者姓名指导教师一巧答辩日期硕士学位论文基于空间避障的冗余度高空作业车轨迹规划作者姓名：贺浩学科、专业：机械设计及理论学号：指导教师：高顺德教授级高级丁程师完成丨—期：年月大嫂工大孝大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做

2、了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：基于空间避障的冗余度高空作业车轨迹规划作者签名：日期：年月日大连理工大学硕士学位论文摘要百米级大型高空车是用于高层建筑救援与消防的起重举升专用设备，随着居民人身及设备财产安全的保障要求日益得到重视，越来越多的车辆被釆购并装备。近年来在我国自主幵发大型高空作业车的过程中，衍生出了众多待解决的关键技术，而顺应工程机械控制智能化的发展趋势，多关节冗余度臂架避障轨迹规划问题也应运而生。本文来源于大连理工大学多年来与各主机厂合作设计研发大高度高空作业车进行的技术探索，从算法的角度提出了基于几

3、何图形学、机器人运动学、启发式路径搜索以及变截面悬臂梁模型的高空作业车臂架避障规划方案。本论文主要工作和研究内容如下：首先根据某百米级高空作业车的实际结构对多自由度的复合臂架系统进行参数化建模，列出了参数与齐次变换矩阵。针对臂架和障碍物的关系，进行空间障碍物模型的简化，提出了空间包络球、有界矩形平面、圆柱体障碍模型与臂架碰撞与避碰的几何规则。作为空间问题的特例，分析了平面内臂架与包络圆及线段障碍的避碰规则。利用启发式的算法在中编写了相关程序，在四维关节构型空间内进行了路径搜索。通过算例进行路径规划数值仿真验证了避障方法的实用可行。对于同时包含变幅转动关节与伸缩

4、关节的高空车臂架系统的路径搜索方法的估价函数的设计进行了研究，得到了搜索点最少、搜索速度最快的寻优路径。得到了关节空间的位姿序列后，根据驱动伸缩油缸实际的速度条件，确定节点间每个关节最短运动时间，对位姿序列进行三次样条插值得到各关节的运动曲线，进行了最优时间规划。借助问题的思路，提出将特定路径视为障碍物边缘的方法，确定了始末点构型选取的原则，令臂架末端做沿特定路径的运动，实现了规划。并对凹图形采用分段选取始末点的方法，通过算例验证了轨迹跟踪的效果。针对臂架在实际中大臂长作业时发生的大挠度变形，研究了变截面组合臂的力学模型后对算法进行修改，并将考虑变形的规划结果

5、与刚性臂架模型结果进行了对比。关键词：大型高空作业车；避障规划；算法；臂架变形基于空间避障的冗余度高空作业车轨迹规划大连理工大卞硕上学位论文：基于空间避障的冗余度高空作业车轨迹规划目录雜大型高空作业车概述大型高空作业车结构形式概述高空作业车关键技术研究现状及发展机械臂轨迹规划及控制研究概述机械臂轨迹规划及控制研究概述冗余度机械臂避障轨迹规划及控制研究概述本论文研究课题概述本论文的选题意义本论文的研究内容及创新点高空作业车避障规划运动学建模高空作业车运动学模型的建立坐标系的建立齐次变换矩阵推导臂架与空间障碍的碰撞几何判断规则包络球模型碰撞判断规则有界矩形平面障碍

6、模型碰撞判断规则圆柱体障碍模型碰撞判断规则简化的平面障碍表达本章小结基于启发式算法的避障轨迹规划问题的避障轨迹规划算法及其估价函数介绍问题的轨迹规划算例仿真及估价函数的优化设计避障问题的最优时间规划规划序列的三次样条曲线拟合节点间关节运动速度的确定最优时间规划算例仿真大连理工大学硕上学位论文问题的轨迹规划连续路径规划问题基于算法的问题方法高空作业车规划算例考虑驱动空间和控制层级的完整规划本章小结考虑臂架变形的避障轨迹规划高空作业车变截面伸缩臂力学模型变截面梁力学模型高空作业车臂架组合力学模型考虑臂架变形的避障轨迹规划算例本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表

7、学术论文情况大连理工大学学位论文版权使用授权书大连理工大学硕士学位论文绪论大型高空作业车概述大型高空作业车结构形式概述高空作业平台（简写作是一种辅助人员或设备工具向不易达到的高空位置提供临时性的提升与靠近功能的机械设备。高空作业车（如图是一种搭载高空作业平台的道路车辆。：图高空作业车根据国家标准《高空作业车》的定义，高空作业车为高空作业平台的底盘为定型道路车辆，并有车辆驾驶员操纵器移动的设备⑴。高空作业车按其臂架伸展结构的类型如图分为以下四种类型：伸缩臂式、折叠臂式、混合臂式、垂直升降、伸缩臂式（折叠臂式基于空间避障的冗余度高空作业车彭迹规划混合臂式（垂直升降

8、式图】高空作业车伸展结构分类】大型高空