连续型飞机油箱检查机器人运动规划研究
Motion Planning of Continuum Robot for Aircraft Fuel Tank Inspection
飞机油箱人工检查具有工作强度大、危险性高、效率低等特点,因此机器人能携带传感器进入指定区域辅助检查很有必要.现有飞机油箱检查机器人样机主体为线驱动的连续型关节,具有多自由度,能够灵活地弯曲旋转,将蛇臂末端的传感器送到指定目标区域.实现该任务的前提之一为规划一条从油箱入口到目标区域的有效路径.,连续型机器人运动学模型变量多、非线性强,其运动规划通常较复杂,而油箱内部不规则地分布着油管电线等障碍物.考虑到复杂的油箱内部环境和机器人本体特点,提出一种基于约束非线性最优化方程的路径规划算法.首先,对连续型机器人的"路径"进行定义,为后续规划方法的设计提供基础依据.其次,提出了一种基于区间裁剪的快速搜索方法,以降低算法计算复杂度.基于连续型飞机油箱检查机器人的运动学模型,对模型的函数连续性进行分析,提出一种区间裁剪的搜索方法,并引入路径参考直线的概念,通过计算最小距离和,求解最优解路径.与盲目搜索相比,该方法具有低时间复杂度,能够快速求解机器人关节变量.设计了多组仿真实验,结果验证了该搜索方法的快速性和合理性.再次,引入降维策略进行了无障碍环境下的连续型机器人路径规划方法研究.通过将三维空间转变成二维平面的规划减少了对关节旋转角度的遍历搜索.仿真实验实现了油箱空间内任意点可达,验证了该方法有效性.最后,引入投影策略研究了有障碍环境下的连续型机器人路径规划方法.结合油箱环境内的管道分布等特点,引入投影策略,简化约束条件,划分三维环境空间,将障碍物简化到底平面的投影.仿真实验也验证了该方法在有障碍物环境中具有快速有效性.
- 作者：
- 郑遵超
- 学位授予单位：
- 中国民航大学
- 专业名称：
- 模式识别与智能系统
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 高庆吉；牛国臣
- 中图分类号：
- V267；TP242
- 关键词：
- 飞机油箱；连续型机器人；路径规划；区间裁剪；投影策略；非线性最优化方程
- Aircraft fuel tank; Continuum robot; Path planning; Region clipping; Nonlinear optimization;