基于改进RRTConnect的移动式起重机动作序列规划研究

发布时间：2017-06-02 17:02

  本文关键词：基于改进RRTConnect的移动式起重机动作序列规划研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,大型起重机吊装行业迅猛发展,超大型吊装日渐普遍,推动了用于辅助吊装方案设计人员快速有效制定作业方案的计算机辅助吊装仿真技术的广泛应用,而现存的仿真工具在吊装动作序列规划上的低效性问题也日益突出。本文重点研究了基于随机采样思想的高自由度动作搜索算法——RRTConnect,针对其在动作规划中因树生长缺乏方向性、所得路径迂回严重、平滑性较差而导致路径代价大、规划时间长、路径质量差的问题,提出了一种新型的算法用于起重机的动作序列规划。算法通过在采样策略、代价度量方式等方面的改进以及对既得路径的平滑处理,使随机采样具有了特定的方向性,从而能在给定的吊装环境中根据被吊物的初始和就位位置规划出一条安全、无碰撞的、满足起重性能约束的、相对平滑的高质量可行动作序列。并且,本文将研究成果嵌入课题组的吊装仿真平台,通过几个作业案例验证了所提方法的高效性。本文首先对目前吊装仿真软件及动作规划算法存在的问题进行研究,分析其优点与不足,在发扬优点、尽量克服不足的基础上,依据改善仿真效果、提高算法性能的思路设定研究内容,组织文章结构。然后,作为研究算法与完善仿真平台的基础,本文对移动式起重机的作业原理进行分析。定义了吊装系统的刚体模型、位姿表达向量、位姿变换矩阵、动作代价度量函数等,进而建立了求解起重机吊装动作序列规划问题的完整数学模型。并且,本文对吊装过程中存在的起重性能约束、非完整性运动学约束、碰撞约束、单封闭链约束等各项约束的处理思路进行了介绍,保障了仿真的真实性。进而,本文提出了一种新型的基于随机采样的树生长算法。基于椭球模型的采样策略的应用,使随机树的扩展具有了一定的方向性,缩减了初始点到达目标点的时间,大大提高了动作规划的效率。接着,我们提出了一种考虑动作安全度的序列平滑算法,通过定义一种带优先级系数的代价度量函数以及基于节点增强法的序列平滑算法的应用,尽量避免了危险动作的执行。同时,使所得序列尽量平滑,从而帮助我们规划出一条从起始状态到就位状态的安全、无碰撞的高质量动作序列。最后,通过对仿真平台下几个吊装案例的介绍,验证了所提算法的效率和性能。
【关键词】：起重机吊装 动作规划 RRTConnect 吊装仿真 位姿空间
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 问题的提出9-11
• 1.1.1 吊装工程行业发展9
• 1.1.2 计算机辅助起重机吊装动作序列规划9-10
• 1.1.3 吊装动作序列规划10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 计算机辅助吊装仿真研究现状11-13
• 1.2.2 吊装动作序列规划研究现状13-14
• 1.3 课题研究意义及主要研究内容14-16
• 1.4 论文的研究思路和组织结构16-17
• 2 吊装动作序列规划数学模型17-32
• 2.1 起重机吊装作业原理17-18
• 2.2 吊装动作序列规划数学模型18-26
• 2.2.1 刚体模型18-20
• 2.2.2 吊装系统位姿表达20-23
• 2.2.3 吊装系统位姿变换23-24
• 2.2.4 动作序列代价度量24-25
• 2.2.5 吊装动作序列规划数学模型25-26
• 2.3 吊装过程中的约束处理26-31
• 2.3.1 起重机自身性能约束处理26-27
• 2.3.2 非完整性运动学约束处理27-29
• 2.3.3 免碰撞约束处理29-30
• 2.3.4 单闭环约束处理30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 基于RRTConnect-NS的动作序列规划32-50
• 3.1 RRTConnect算法介绍与分析32-36
• 3.1.1 RRT算法介绍与分析32-33
• 3.1.2 RRTConnect算法介绍与分析33-36
• 3.2 基于RRTConnect-NS的动作序列规划36-42
• 3.2.1 RRTConnect-NS算法改进策略36-41
• 3.2.2 基于RRTConnect-NS的动作序列规划流程41-42
• 3.3 基于RRTConnect-NS的动作序列规划性能测试42-49
• 3.3.1 案例一43-46
• 3.3.2 案例二46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 考虑动作安全度的序列平滑算法50-60
• 4.1 考虑动作安全度的序列平滑算法50-54
• 4.2 算法测试54-58
• 4.2.1 案例一54-57
• 4.2.2 案例二57-58
• 4.3 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王欣;易怀军;吴迪;王殿龙;孙吉胜;;一种基于逆向求解的双机吊装动作规划方法[J];大连理工大学学报;2015年02期

2 任卫军;张磊;朱长建;;基于作业环境的轮式起重机吊装方案实时优化设计[J];机械设计与制造;2015年06期

3 席行飞;李彦明;柳忠涛;;双履带起重机自动协调吊装人机系统设计与实现[J];机电一体化;2014年12期

4 张博;曹旭阳;王殿龙;;桥式起重机运行系统自动控制方法及仿真实现[J];机械设计与制造;2015年10期

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1 徐U_蕾;未知环境下移动智能体自主导航研究[D];中国海洋大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 易怀军;一种基于逆向求解的双机吊装动作规划研究[D];大连理工大学;2014年

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本文编号：415929