機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-無人駕駛電動(dòng)鏟越障車【中文2578字】【PDF+中文WORD】,中文2578字,PDF+中文WORD,機(jī)械,外文,文獻(xiàn),翻譯,無人駕駛,電動(dòng),越障,中文,2578,PDF,WORD 無人駕駛電動(dòng)鏟越障車 摘要 在自然災(zāi)害發(fā)生后會(huì)產(chǎn)生大量的廢墟，阻礙了救援人員解救被困人員，延緩了救災(zāi)行動(dòng)。動(dòng)力鏟通常用來清理廢墟殘骸，但這個(gè)過程可能需要很多時(shí)間。此外，在這種不穩(wěn)定的條件下，讓救援人員操作重型機(jī)械是非常危險(xiǎn)的。為了加快進(jìn)入被困人員區(qū)域，可以通過靈活機(jī)動(dòng)的無人駕駛動(dòng)力鏟臂來執(zhí)行，而不是將其淘汰，在這項(xiàng)工作中，無人駕駛動(dòng)力鏟的自主障礙技術(shù)是至關(guān)重要的。在不同的序列中，優(yōu)化總能量消耗的方法被選為克服給定步驟障礙的最佳方法，動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果表明了該方法的有效性。 關(guān)鍵詞:動(dòng)力鏟；障礙超越；無人駕駛；優(yōu)化 背景 每年世界上許多國(guó)家都受到地震、洪水、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的侵襲，這些災(zāi)害不僅造成生命損失，而且它們也會(huì)產(chǎn)生大量的廢墟，這導(dǎo)致了搜索和救援任務(wù)緩慢及救援困難度加大。在受災(zāi)地區(qū)，讓人們操作動(dòng)力鏟操作清理廢墟，是一項(xiàng)危險(xiǎn)的任務(wù)，因?yàn)檫@些機(jī)器有可能因安裝的不穩(wěn)定而發(fā)生故障，對(duì)人們?cè)斐蓚?。此外，清除所有的障礙并最終進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域需要花費(fèi)大量的時(shí)間。 為了加快救援行動(dòng)的速度，越過巨大的障礙物，而不是清除它們，這時(shí)使用履帶輪，動(dòng)力鐵鍬能有效地解決這一問題。然而，在使用動(dòng)力鏟的情況下，有幾個(gè)難題需要克服:只有在履帶車的爬坡范圍內(nèi)的障礙物才能被克服;履帶越障車的力量可以很容易的飽和;當(dāng)它處于障礙物的頂部時(shí)，如果沒有靈巧地移動(dòng)，它可以翻倒并損壞自己。作為重型機(jī)械，在翻倒的時(shí)候，動(dòng)力鏟也很難回到原來的狀態(tài)。 以前在挖掘機(jī)上的工作可以在[2-5]找到。參考文獻(xiàn)[2]提出了一種挖掘器的動(dòng)態(tài)模型，目的是開發(fā)一個(gè)用于地面、月球和行星挖掘的自動(dòng)挖掘控制系統(tǒng)。[3]詳細(xì)研究了具有液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)。參考文獻(xiàn)[4]主要集中在一個(gè)完全自動(dòng)化卡車裝載任務(wù)的系統(tǒng)上。在這個(gè)系統(tǒng)中，挖掘機(jī)的軟件決定了在哪里挖掘，在哪里傾倒卡車，以及如何快速在這些點(diǎn)之間移動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)和停止障礙物。研究了開挖過程的性質(zhì)和控制方法，并在[5]中進(jìn)行了自動(dòng)開挖的目的。 在其他相關(guān)的工作中，一種自動(dòng)爬樓梯的履帶機(jī)器人被引入[6]。但是，它不使用任何武器援助。參考文獻(xiàn)[7]介紹了一種救援機(jī)器人的試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許人類操作員在三維碎片環(huán)境中提出正確的方向。相比之下，擬議的sys- tem則尋求無需人工干預(yù)的自動(dòng)操作。參考文獻(xiàn)[8]提出了一種可移動(dòng)的質(zhì)心(CoM)的輪式機(jī)器人，以方便在崎嶇的地形上行走。擬議的系統(tǒng)也考慮通過操縱它的手臂來間接地改變CoM;如何-永遠(yuǎn)，主要的焦點(diǎn)是在桶中得到反應(yīng)力作為支撐來舉起動(dòng)力鏟履帶。 Fig. 1 Basic parts of a power shovel. The coordinate frame convention is X forward, Y left and Z up X (forward) crawler step platform boom joint power shovel bucket bucket joint axis of platform rotation boom arm Z (up) arm joint 問題陳述 如果有一個(gè)類似階梯狀的障礙物，動(dòng)力鏟應(yīng)該機(jī)動(dòng)它的手臂以平穩(wěn)的軌跡爬上障礙物。此外，它還應(yīng)該以這樣一種方式進(jìn)行機(jī)動(dòng)，使總能量消耗降到最低。整個(gè)過程是自動(dòng)化的，這樣就消除了人類工人的風(fēng)險(xiǎn)。 b stage 2 Fig. 2 Obstacle surmount stages. The power shovel with dotted lines depicts the initial state while the the one with the regular lines depicts the final state for each stage. P1, P2, P3 and αF denote the parameters of the total maneuver. B and E denote bucket and step edge positions respectively B P3 E initial pose of stage 2 Pb P4 step Pb : bottom center position final pose of stage 2 αF P1 a stage 1 E initial pose of stage 1 Pb Pb : bottom center position P2 step B final pose of stage 1 方法 在提出的方法中，障礙超越操作分為兩個(gè)階段。在第一階段，鏟斗保持在動(dòng)力鏟的前部，并提供所需的反作用力，使爬蟲的正面向上爬升到階梯狀結(jié)構(gòu);爬蟲的尾部保持與地面水平的接觸。如圖2a所示。第一階段完成后,平臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°boom-arm-bucket復(fù)合移動(dòng)到后面的電鏟啟動(dòng)第二階段。與第一階段類似，吊桶提供了所需的反作用力，以提升爬蟲的尾部，完成第2階段的全部surmount操作。如圖2b所示。在第一和第二階段，水桶保持固定的地面位置，使用摩擦力[1]或由斗齒錨定，這是穩(wěn)定機(jī)動(dòng)的支點(diǎn);可根據(jù)環(huán)境選擇適合的錨固方法。 討論 可以看出，CFSQP結(jié)果與完全慢批量模擬得到的結(jié)果比較好。事實(shí)上，CFSQP已經(jīng)捕獲了目標(biāo)函數(shù)(能量)的連續(xù)性質(zhì)，因此能夠獲得最高效的param- eters，即使在基于較小參數(shù)的情況下，也不能被捕獲。從CFSQP的能量結(jié)果來看，這是明顯的，比徹底的慢批量模擬的結(jié)果要小。為了使CFSQP運(yùn)行，必須將修改包含到原始算法中。也就是說，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)的梯度是有限的。 差分逼近,算法傾向于使用附近的點(diǎn),甚至可以違反給定con?-制度化。這可能會(huì)導(dǎo)致ODE崩潰，因?yàn)檩斎氲亩x不明確。為了克服這個(gè)問題，在測(cè)試不確定的點(diǎn)時(shí)注入了大量的成本。 吊桿、臂和桶接頭的關(guān)節(jié)軌跡(圖11、12、13)確認(rèn)關(guān)節(jié)平穩(wěn)過渡。然而，每個(gè)數(shù)字的不連續(xù)性需要特別的說明。第一階段完成后，平臺(tái)旋轉(zhuǎn)到動(dòng)力鏟的背面開始第二階段。假設(shè)這個(gè)簡(jiǎn)單的操作可以通過恒定的能量來完成，因此為了簡(jiǎn)單起見，我們省略了分析。因此，由于序列1和序列2-1之間的最終和初始關(guān)節(jié)的不匹配，可以看到間斷。 參數(shù)P4被認(rèn)為是常量。 模擬。P4的唯一要求是，當(dāng)2-2序列完成后，電鏟在提升吊桶后能夠保持穩(wěn)定。在此之前，只要滿足這一要求，P4就可以被設(shè)定為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，而不被包含在優(yōu)化過程中。 open dynamics engine (ODE)[9]包括兩個(gè)默認(rèn)求解器，即(1)Dantzig的agm solver。 (2)連續(xù)超松弛(SOR)投影高斯- Seidel (PGS) LCP求解器。在這個(gè)工作中，Dantzig的agm solver已經(jīng)被用于實(shí)現(xiàn)a。 數(shù)值精確解，即使它大約是一個(gè)數(shù)量級(jí)的慢于或PGS LCP求解器。 從圖14可以看出，關(guān)節(jié)突在不同的階段經(jīng)歷一定的瞬態(tài)。在第一階段的開始階段，由于兩個(gè)原因?qū)е罗D(zhuǎn)矩瞬變:(1)履帶前的接觸與地面接觸，(2)當(dāng)桶開始推臺(tái)階或地面時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力。類似的情況出現(xiàn)在第二階段的開始階段，爬蟲的背部(但由于平臺(tái)旋轉(zhuǎn)而被視為爬蟲的前部)開始向上移動(dòng)并與地面失去聯(lián)系。另一個(gè)重要的觀察是重力條件(每一個(gè)連桿的質(zhì)量)在其他術(shù)語上占主導(dǎo)地位，比如科里奧利力、向心和慣性項(xiàng)，因?yàn)樗鼈兊年P(guān)節(jié)速度和加速度相對(duì)較小。 作為障礙物的第一步，將一個(gè)類似于sim的階梯狀結(jié)構(gòu)作為障礙物。如何——永遠(yuǎn)不要忘記，使用它的手臂和水桶來改變地形是有好處的。其結(jié)果是，它可以將非結(jié)構(gòu)化的地形鋪在前面，利用臺(tái)階切割法等快速方法將其塑造成階梯狀結(jié)構(gòu)，并采用所提出的方法;將地形完全修改成光滑的邊坡需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這就否定了原來的目的。 未來的工作 提出的方法是解決這一問題的第一步，因此選擇了一個(gè)簡(jiǎn)單的階梯狀障礙物。由于問題的對(duì)稱性，在模擬中可以忽略y坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。此外，臂和桶連接軸相互平行，這使得cor-響應(yīng)的連接在飛機(jī)上移動(dòng)。這也使我們將三維運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為二維空間。然而，在自然災(zāi)害之后產(chǎn)生的碎片有非常復(fù)雜的形狀。作者希望在未來解決各種障礙的問題，這就需要對(duì)全三維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。克服復(fù)雜障礙的另一個(gè)方面是穩(wěn)定性問題。電鏟在整個(gè)操作過程中應(yīng)保持其穩(wěn)定性，在任何情況下都不應(yīng)傾斜。 在軌跡規(guī)劃中采用簡(jiǎn)單的高階多項(xiàng)式，因?yàn)樗?jiǎn)單易用，沒有遇到任何問題。然而，spline(分段連續(xù)多項(xiàng)式)在軌跡規(guī)劃中得到了popu- larity，作者希望通過將簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式在未來改變?yōu)闃訔l函數(shù)來觀察其改進(jìn)。 作為下一步，作者希望在未來使用真實(shí)的硬件進(jìn)行擴(kuò)展，以確認(rèn)通過模擬獲得的結(jié)果。 5