桥式起重机路径规划与路径跟踪研究

发布时间：2017-08-06 18:12

  本文关键词：桥式起重机路径规划与路径跟踪研究

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【摘要】：工程机械的智能化和自动化是工业生产中提高生产效率、节约人力成本的重要手段,也是当代工业技术发展的必然趋势。本文在机器人运行控制系统的研究基础上,设计出基于静态和动态路径规划的桥式起重机无人化运行系统方案,提出了动态路径避障规划算法,并实现了吊钩对路径的跟踪。使桥式起重机具备了在复杂环境中,自我感知,自我规划,自我运行的能力,为实现桥式起重机无人化运行提供了理论与技术支撑。完成的主要内容有：首先在分析现有桥式起重机控制系统应用现状的基础上,结合机器人控制系统的工作原理、各功能模块的联系和作用,设计出满足桥式起重机实际需求的智能无人化系统方案,并对系统的工作原理做了详细分析。对桥式起重机现有系统中的定位缺陷问题,改进了定位系统,实现了桥式起重机的精确定位。在此基础上,以全局路径长度最短为目标函数,将栅格化地图建模与蚁群算法相结合得到桥式起重机在全局静态环境中的优化路径。随后,针对工作环境中存在的动态障碍物,提出了将滚动窗口局部规划与全局路径规划相结合的双层路径规划策略,对吊钩与动态障碍的运动状态做了碰撞分析,并针对各类动态障碍物提出了对应的避碰策略。此外,对吊钩在受几何空间约束下的安全性进行了详细阐述。通过MATLAB仿真试验证实了该避障算法对桥式起重机在复杂工作环境下实现动态路径规划的可行性。最后,对桥式起重机运行系统的路径跟踪问题进行了研究,通过对路径特点的分析,将路径跟踪问题转换为大、小电机之间的协同转动,并将虚拟主轴的同步控制方式引入到路径跟踪系统之中,建立了大、小车电机同步控制模型。为了提高单个电机抗干扰的能力在单个电机轴中加入加速度反馈并验证了其改进的有效性。在MATLAB/Simulink环境下的大、小车同步仿真分析验证了当系统受到外界干扰时保持同步协调运行的能力。路径跟踪仿真表明吊钩的实际运行路径能较好地沿着规划路径行走,在受到外界扰动时也可以较快地返回到理想的规划路径上。
【关键词】：桥式起重机 智能运行系统 路径规划 蚁群算法 同步控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TH215
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 桥式起重机无人化研究与应用现状8-9
• 1.2 课题的背景意义9-10
• 1.3 论文的内容组织构架10-11
• 2 桥式起重机无人化运行系统总体设计及定位技术11-21
• 2.1 桥式起重机无人化运行系统设计11-12
• 2.2 桥式起重机无人化运行系统的工作原理12-13
• 2.3 定位控制系统总体设计13-16
• 2.3.1 定位控制系统工作原理13-14
• 2.3.2 定位控制系统设计方案14-16
• 2.3.3 定位控制系统技术特性16
• 2.4 桥式起重机定位传感器选型16-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 基于蚁群算法的桥式起重机全局路径规划21-36
• 3.1 路径规划概述21-22
• 3.2 智能路径规划方法分析22-24
• 3.3 桥式起重机工作环境地图的建模处理24-28
• 3.3.1 栅格法建立环境地图24-25
• 3.3.2 基于桥式起重机的栅格地图处理25-28
• 3.4 基于蚁群算法的全局路径规划28-35
• 3.4.1 蚁群算法原理分析29-30
• 3.4.2 蚁群算法的模型建立30-33
• 3.4.3 基于蚁群算法的全局路径规划仿真33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 桥式起重机动态路径规划与安全性分析36-50
• 4.1 算法构架分析与环境描述36-37
• 4.2 吊钩与障碍物碰撞分析37-40
• 4.2.1 动态障碍物恒定运动状态时的碰撞分析38-39
• 4.2.2 动态障碍物时变运动状态时的碰撞分析39-40
• 4.3 局部避碰策略40-41
• 4.3.1 动态障碍物恒定运动状态时的避碰策略40-41
• 4.3.2 动态障碍物时变运行状态时的避碰策略41
• 4.4 局部滚动避碰算法41-42
• 4.5 受几何约束的吊钩运动安全性分析42-44
• 4.5.1 吊钩运动禁入区42-44
• 4.5.2 潜在碰撞区44
• 4.6 桥式起重机双层路径规划算法44-47
• 4.7 动态路径规划仿真与结果分析47-49
• 4.8 本章小结49-50
• 5 基于无轴传动控制的吊钩路径跟踪50-64
• 5.1 大小车电机同步概述50-51
• 5.2 多电机同步传动控制方法分析51-53
• 5.3 虚拟主轴同步方案53-58
• 5.3.1 过程负载模型54-55
• 5.3.2 虚拟主轴控制方式建模55-58
• 5.4 仿真结果分析58-63
• 5.5 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-68
• 致谢68-69

【参考文献】

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本文编号：630897