基于RRT-Connect++算法的移动式起重机路径规划研究

摘要

近年来起重机吊装在现代建筑工程中日渐普遍，起重机的路径规划问题一直备受关注，RRT随机采样算法成为理论研究中最为广泛的一种路径规划算法。然而，由于RRT算法在节点采样时的随机性，规划出的起重机路径质量欠佳，路径长度长，平滑度低，从而严重影响了起重机吊装的效率以及安全性，尤其针对上千吨位的大型吊装工程而言。为此，本课题将针对移动式起重机的吊装任务，分析吊装工作原理，研究吊装特性，构建数学模型，应用并改进RRT-Connect++算法，使得规划的路径既满足实际吊装要求，又具有路径长度短，平滑度高的特点。
　　首先，对起重机吊装工程中无法重复试吊、吊装事故频发等安全性问题进行讨论，并对现有计算机辅助路径规划软件的不足进行了分析，通过对起重机吊装路径规划以及起重机工况建模、吊装特性的研究现状进行了总结，论述本课题的意义，陈述本论文的研究思路及组织结构。
　　其次，在现有起重机路径规划的研究基础上，对移动式起重机吊装的工作原理进行分析，构建基于起重机动作规划的数学模型，并对模型中的性能约束、非完整性约束以及闭环约束做了详细说明。
　　之后，针对现有吊装领域效果最佳RRT-Connect++算法的具体算法流程和实现细节做出简要介绍，重点论述该方法在生成树扩展策略和随机采样策略方面的改进方法，并分析该算法在路径长度和平滑度方面欠优的原因，通过案例验证分析的正确性。
　　最后，对RRT-Connect++算法做改进，提出结合关键位姿RRT算法、人工势场法和样条函数平滑法的RRT-Connect++改进算法，对每一种算法进行详细描述，并使用该算法在真实案例吊装中规划路径，最终验证该算法的合理性和有效性。