时间能量最优的机场跑道异物处理机器人轨迹规划

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1、分类号TP242.2单位代码10618密级公开学号2130040003硕士学位论文时间能量最优的机场跑道异物处理机器人轨迹规划研究生姓名：刘淼导师姓名及职称：罗天洪教授申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学一级学科名称机械工程论文提交日期2016年4月20日二级学科名称机械设计及理论论文答辩日期2016年6月3日2016年6月12日FODprocessingrobot’strajectoryplanningbasedonlowconsumptionoftimeandenergyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandida

2、te：LiuMiaoSupervisor：Prof.LuoTianhongChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：ｉｗ長年６月日重庆交通大学学位论文化权使用授权书本学位论文作者完全了

3、解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可＾＾＾将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名：指导教师签名；曰期；：衫１年月／么曰曰期日合＾＾如备年巧本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘

4、版）电子杂志社ＣＮＫＩ系列数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。．学位论文作者签名：Ｍ＾指导教师签咬少司＾曰期：）＾、占年＾月／Ｌ曰曰期：食年＾月／之曰摘要机场跑道异物是指在飞机起飞或者降落区域内出现，并可能对飞机或机场系统造成损伤的不属于原有跑道或者机场的外来物质。大量的案例和实验表明机场跑道异物如果不及时处理会造成非常严重的危害。机场跑道异物主要具有复杂性及危害性大的特点：复杂性是指其类型、形状、体积及重量等都比较复杂及不确定；危害性大是大量的案例及实验都证明其对飞机、人员及机场系统的危害之大。机场跑

5、道异物处理机器人必须及时的将异物从机场跑道或者机场系统收集并转移，因此处理及时性是必须要保障的参数。本课题来源于国家自然科学基金资助项目（项目编号：51375519），本文提出的机场跑道异物处理机器人包括机器人移动底座及异物处理操作臂，以机场跑道异物处理机器人为研究对象，以蚁群算法及高阶多项式插值理论为基础，采用时间及能量消耗最优建立优化目标函数，对机场跑道异物处理机器人模型及其操作臂进行研究。使异物处理机器人在多处异物间移动轨迹最优，能及时到达异物点并进行处理；同时操作臂末端轨迹光滑平顺，具有时间及能量消耗低的特性。本文主要做了以下研究工作：（1）为了提高机器人在多目标下移动的

6、效率，综合分析影响到达异物点速度的各个因素，得出移动的路程是决定机场跑道异物处理机器人到达异物处的核心影响因素。首先建立异物的坐标，在不考虑机器人载重能力的前提下通过运用蚁群算法进行轨迹规划，然后结合实际使用的情况，考虑机器人对跑道异物的装载能力以及机场跑道异物的危害性不同，进行移动轨迹规划。（2）为了使机场跑道异物处理机器人操作臂末端处理异物时轨迹连续平滑，时间能量最优，对操作臂数学模型进行了正解和逆解，通过对操作臂末端运行轨迹进行高阶多项式插值，对末端运行轨迹进行优化。（3）通过Matlab仿真，实现在不考虑异物处理机器人载重能力的最优移动轨迹，及考虑异物处理机器人载重能力以

7、及考虑异物危害程度情况下机器人往返于异物处理中心及异物点之间的最优轨迹。实现了整体移动距离最短，处理效率最高，实现了机器人整体移动过程中的时间能量最优。（4）通过Matlab仿真，计算并绘制出操作臂末端的坐标变化情况，绘制出完整的末端运动轨迹，同时绘制出操作臂各关节的角度、速度及加速度变化曲线，验证了插值的有效性，实现跑道异物处理机器人操作臂末端运行轨迹的优化，时间能量最优。关键词：机场跑道异物，时间能量最优，轨迹规划，蚁群算法，MatlabIABSTRACTForeignobj