基于激光雷达的铰接轮式装载机位姿预测
发布时间：2020-09-09 12:10
铰接轮式装载机作业于野外非结构化地面环境下,具有变结构、变质心、变载荷等特点,导致其侧向稳定性差,容易发生侧翻事故,因此实现其失稳预警和主动安全控制尤为重要。本文针对当前研究没有考虑非结构地形引起车身姿态剧烈变化导致铰接轮式装载机侧翻这一关键外界诱导因素的不足,围绕非结构地形实时获取及其对车身姿态造成的影响进行研究,解决铰接轮式装载机作业过程中非结构化地形信息实时获取和对其位姿进行准确预测的问题,为铰接轮式装载机失稳预警和主动控制提供依据和参考。论文具体的研究工作如下:(1)构建了基于激光雷达的多传感器系统。基于多线程技术对多传感器数据进行实时同步地采集,包括二维激光雷达,IMU,编码器。另外,采用拉格朗日插值方法对采样频率较低的传感器数据进行插值处理,并利用数据实时融合算法对多传感器信息进行匹配融合。最后通过实验验证系统的实时性、可靠性,并实现对装载机1:5比例样机行驶过程进行三维虚拟可视化。(2)基于二维激光雷达对非结构化路面进行三维点云建模。在充分考虑到轮式装载机野外作业环境的特殊性的前提下,本文采用基于二维激光雷达扫描的方法构建非结构路面轮廓的三维点云地形图,并对其进行降噪和优化处理,同时,绘制其功率谱密度谱图,对路面不平度进行了初步分析。(3)研究野外非结构化路面对铰接轮式装载机行驶姿态角变化的影响。提出一种铰接轮式装载机行驶位姿预测的方法。基于分析铰接轮式装载机的运动特点和结构特点,采用差速行驶模型对其行驶过程中将来时刻的位置进行预测,再通过三点模型确定装载机车体的姿态,预测得到将来2秒时刻的侧倾角和横滚角均方根误差RMSE分别为1.8°和2.1°,验证了该方法的有效性。综上所述,本文从采集获取铰接轮式装载机行驶过程中前方路面的三维信息出发,通过构建的路面三维信息,结合装载机当前的行驶状况,提前获知将来时刻的车体位姿,为铰接轮式装载机失稳控制提供依据和参考。研究内容可为其他作业于野外非结构化路面的车辆的主动安全研究提供新的研究思路和方法。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH243
【部分图文】：
由于铰接轮式装载机的特殊结构和载荷变化引起的整车质心变化，以及野外逡逑非结构化路面的激励、地形的突变等及其恶劣的工作环境的影响，导致其作业时逡逑容易发生失稳，甚至侧翻，如图１．１邋（ｂ）所示。另外，由于装载机较高的市场保逡逑有量，使得装载机车辆的侧倾翻事故发生的概率增高，对装载机驾驶操作人员的逡逑人身安全造成极大的威胁。在车辆的侧翻事故中，铰接轮式车辆的翻车事故是非逡逑铰接车辆的一倍多［５，６１。我国国家生产安全监督管理总局的数据统计表明，四年逡逑内的装载机侧倾翻事故约达３０起Ｗ１。在英国，２００１年重型铰接车辆的侧倾翻事逡逑故数据统计为５７３起Ｍ。逡逑}蹦儒义希ǎ幔╁危ǎ猓╁义贤迹保甭质阶霸鼗孩纫巴庾饕德质阶霸鼗唬ǎ猓┞质阶霸鼗喾鹿叔义衔耍时曜迹桑樱襄澹常矗罚保保梗梗矗郏保牵莺停桑樱襄澹常矗矗梗保梗梗玻保保保菀笠巴夥枪烦盗惧义希卞义
本文编号：2814951
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH243
【部分图文】：
由于铰接轮式装载机的特殊结构和载荷变化引起的整车质心变化，以及野外逡逑非结构化路面的激励、地形的突变等及其恶劣的工作环境的影响，导致其作业时逡逑容易发生失稳，甚至侧翻，如图１．１邋（ｂ）所示。另外，由于装载机较高的市场保逡逑有量，使得装载机车辆的侧倾翻事故发生的概率增高，对装载机驾驶操作人员的逡逑人身安全造成极大的威胁。在车辆的侧翻事故中，铰接轮式车辆的翻车事故是非逡逑铰接车辆的一倍多［５，６１。我国国家生产安全监督管理总局的数据统计表明，四年逡逑内的装载机侧倾翻事故约达３０起Ｗ１。在英国，２００１年重型铰接车辆的侧倾翻事逡逑故数据统计为５７３起Ｍ。逡逑}蹦儒义希ǎ幔╁危ǎ猓╁义贤迹保甭质阶霸鼗孩纫巴庾饕德质阶霸鼗唬ǎ猓┞质阶霸鼗喾鹿叔义衔耍时曜迹桑樱襄澹常矗罚保保梗梗矗郏保牵莺停桑樱襄澹常矗矗梗保梗梗玻保保保菀笠巴夥枪烦盗惧义希卞义
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