煤矿井下移动机器人运动规划方法研究

作     者：杨林 马宏伟 王岩 王川伟 YANG Lin;MA Hongwei;WANG Yan;WANG Chuanwei

作者机构：西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室陕西西安710054 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(50674075,51975468) 陕西省科技计划项目青年基金项目(2018JQ5116) 陕西省科技统筹创新工程计划项目(2013KJTCL01-02) 

出 版 物：《工矿自动化》 (Journal Of Mine Automation)

年 卷 期：2020年第46卷第6期

页      码：23-30页

摘      要：针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题,提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现,通过开始搜索、路径排序、继续搜索3个步骤循环迭代,快速规划出一条可通行的全局路径作为轨迹生成的初值。轨迹生成通过构建基于Minimum Snap的目标函数,并施加等式约束来实现。轨迹优化则是在轨迹生成的基础上施加不等式约束来实现:通过调整时间分配和构建基于Corridor轨迹规划的不等式约束,解决基于Minimum Snap轨迹生成在求解过程中出现的超调现象,并对整段轨迹本身进行约束,避免发生碰撞;通过引入调和函数Bezier Curve,构建基于Bezier Curve的Minimum Snap的轨迹优化问题,使得轨迹高阶目标函数的求解变得简单高效,最终生成一条适用于煤矿井下移动机器人的能量损失最小、连续、光滑、无碰撞、可执行的运动轨迹。在Matlab仿真环境中设计了随机地图,生成了包含时间分配、位置规划、速度规划、加速度规划的最优轨迹规划结果。实验结果验证了该运动规划方法的正确性和有效性。

主 题 词：煤矿井下移动机器人 运动规划 路径规划 轨迹生成 轨迹优化 

学科分类：081901[081901] 0819[工学-海洋工程类] 08[工学] 

D　O　I：10.13272/j.issn.1671-251x.17613

馆 藏 号：203943877...