基于RRTConnect算法的双履带起重机路径规划研究_硕士学位论文.doc

硕士学位论文
基于RRTConnect算法的双履带起重机
路径规划研究
Path Planning for Two Crawler Cranes’ Heavy Lifting Based on RRTConnect

大连理工大学
Dalian University of Technology
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RRTConnect算法的双履带起重机路径规划研究
作者签名: 日期: 年月日
摘要
被吊设备、起重机以及吊装方式的多样化、复杂化等特点决定了起重机吊装是一类高危险性的活动。与单机吊装作业相比,两台履带起重机(文中简称双机)协同吊装的危险系数更高。为了安全顺利地完成吊装作业,合理高效的起重机路径规划就显得尤为重要。为此,本课题将针对双机协同吊装任务,抽象问题的数学模型,对闭环约束、非完整约束等开展深入研究,应用并改进RRTConnect算法,提出可以应用于平移和翻转被吊设备的通用方法,规划出满足无碰撞、实时保证绳偏角、履带起重机行走特性和起重性能等要求的优化路径。
首先,通过对吊装存在的安全性问题进行分析,以及对起重机吊装路径规划研究现状进行总结,论述了本课题的研究意义,同时对路径规划方法的特点进行研究确定应用和改进RRTConnect(双向多步扩展快速随机搜索树)算法来解决双机路径规划问题。
其次,在讨论机器人路径规划的基础上,对双机路径规划问题进行深入剖析,构建双机吊装系统数学模型,并对数学模型的变量进行详细说明。
再次,对双机吊装中两类常见吊装任务即将被吊设备翻转和将被吊设备平移,论述了采用RRTConnect算法解决双机路径规划问题的步骤,同时给出了逆向运动学确定双机初始和目标位姿的计算过程和对路径的优化处理方法,并用三个典型案例验证方法的可行性。
最后,对RRTConnect算法做改进,提出了基于关键位姿的RRTMultiPhrase算法,以解决双机吊装中较为复杂的吊装任务路径规划,论述了RRTMultiPhrase算法的原理,同时给出了关键点选择的一般方法,接着对两个复杂案例分别用三种方法进行路径规划,说明本文提出算法的可行性。
本文分析了双机吊装作业的特点,对给定双机初始和目标位姿的协同吊装路径规划问题展开深入的探索和研究,实现了考虑直线行走、转弯、起升、回转和变幅等动作并满足无碰撞、闭环约束、非完整约束、不超载等约束的路径规划,解决了前人规划方法不适用于需要起重机行走或者使被吊设备翻转的吊装任务的局限性,并且将提出的方法应用于典型的吊装案例,证明其可行性、实用性和高效性。
关键词:路径规划;双机协同吊装;RRTConnect;闭环约束;非完整约束
Path Planning for Two Crawler Cranes’ Heavy Lifting Based on RRTConnect
Abstract
Nowadays, loads, cranes and lifting methods e more and more diversified plicated which makes the heavy lifting a high risk activity. Compared with single crane lifting, two crawler cranes (dual-crane) lifting has a greater risk. To finish the lifting task essfully, it is very important to make a suitable and safe path planning as quickly as possible. So, this paper researches on dual-crane system, abstracts the mathematical model, applies and improves RRTConnect algorithm, proposes general methods which can be used in both translating task and rotating task, and gains an optimized path which fulfil