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基于粒子群模糊的除冰机器人越障规划

2015年02月12日14:43:50 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
关键字:应用 
摘要:由于除冰机器人多在天气恶劣,覆冰较厚的输电线路上工作,现有的基于视觉伺服越障策略存在图像质量差,冰、线区分难等不足。根据模糊逻辑和粒子群优化原理,提出了一种除冰机器人在线越障和路径规划方法。该方法通过模糊规划器实现除冰机器人机械臂的无障跟踪和平稳越障。在此基础上,以机械臂末端经过路径长度和与目标点距离的综合最小

为目标,利用粒子群算法对模糊规划器输出角度进行在线优化。仿真结果表明:与传统的模糊越障规划相比,该方法不仅满足除冰机器人实时规划和自主越障的要求,缩短了机械臂经过轨迹的长度,提高了除冰机器人的工作效率和续航能力,为实际工程应用中除冰机器人的能源短缺问题,提供了一种节约使用方案,具有一定的工程应用价值。


关键词:粒子群优化;在线路径规划;除冰机器人;模糊逻辑;越障
中图分类号:TP242   文献标志码:A

1引言


我国是输电线路覆冰最严重的国家之一,在冰冻雨雪天气下,人工除冰危险性高,效率低下。采用机器人除冰具有效率高,人员无伤亡,可连续作业等优点,具有广泛的应用前景。除冰机器人工作时,必须跨越输电线路上的电气设备。自主越障和路径规划作为机器人研究的热点问题,得到了国内外许多学者的关注。根据实时性,可分为在线和离线。常见的离线方法有:粒子群算法[1、2],蚁群算法[3],遗传算法[4],人工势场法[5]等。但在实际中,机器人所处的环境并不都是全局可知的,离线规划有局限性。张纯刚和席裕庚[6、7]借鉴预测控制原理,提出了基于滚动窗口的在线规划方法。蔡自兴等[8]基于激光雷达设计了移动机器人的实时避障策略。Emmanuel等[9]使用模糊遗传算法实现了多关节机器人在公共空间里的实时避障。


除冰机器人作为特种装备机器人,不同于灵活的移动机器人,其机械臂动作范围具有一定的约束和限制。目前,除冰机器人越障方式主要依靠视觉伺服控制[10、11],而恶劣的天气、复杂的工况对图像质量和冰、线区分识别都会有较大的影响。因此,视觉伺服自主越障具有一定局限性。


为了克服视觉伺服越障的不足,本文将路径规划中的粒子群优化和模糊逻辑相结合,提出了基于粒子群(PSO)在线优化的模糊越障轨迹规划方法。引入离线规划中常用的粒子群算法,用于优化在线规划中的模糊避障策略,不仅保证了除冰机器人的在线越障功能,而且优化了其越障性能。

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