登高消防车臂架路径规划算法研究与实现.pdfVIP

● 产品 技术 Product Technology 登高消防车臂架路径规划算法研究与实现 Research and Implementation on Algorithm for the Arm Path Planning of the Climbing Fire Vehicle 中联重科股份有限公司 段娟香/DUAN Juanxiang 苏 亮/SU Liang 摘　要： 针对登高消防车传统人工操作模式在往复救援场合下作业效率低、经验要求高的问题，提出一种实用的 臂架点对点的路径规划算法。建立臂架系统位姿逆算模型，采用折臂角度有哪些信誉好的足球投注网站解空间，以最终姿态操作灵活性为优化 目标。系统通过人机界面设定目标位置，路径规划算法优化出各臂最佳姿态，控制油缸联合动作直至目标位置和目标 姿态，实现一键式定点快速展开功能。通过仿真和实车试验，证明模型以及算法的可行性、准确性。 关键词： 登高消防车 臂架位姿仿真 路径规划算法 随着高层建筑的高度增加，登高消防车的臂架高 角度与折臂角度具有特定关联性。因此，本系统主要涉 度也越高，迫切需要提高登高消防车的臂架在消防以 及 个输入信号（目标高度和目标幅度）， 个控制对象 2 3 及救援过程中臂架展开的速度。尤其往复救援场合， （变幅、伸缩和折臂油缸），以及 个反馈信号（变幅角 4 传统方式为操作人员通过同时操纵一个或多个手柄来 度、伸缩长度、折臂角度和飞臂角度）。 控制臂架动作完成频繁的臂架展开、收回操作，工作强 度大、效率低、对业务水平经验要求高。基于路径规划 算法的智能臂架技术已成研究热点[1-3] ，但由于求解过 程复杂、计算量大，普通车载控制器难以满足计算和 存储需求，实际应用并不普遍。 本算法提出一种点对点的臂架路径规划算法，实 现臂架定点自动展开，对工作斗位置精确控制，优化解 满足最终姿态操作灵活性要求，利用折臂角度参数搜 图1  控制系统组成图 图 中，人机界面 即显示屏，用于目标位 索解空间，从而达到提高运算速度和算法实用性的目的。 1 HMI 置设定、功能指令激活取消等操作，以及实时显示指 1 系统框架 令执行进度、臂架姿态、末端位置误差等反馈信息。 登高消防车臂架控制系统主要由PLC 控制器、检 PLC 控制器的路径规划核心算法，评估设定值的有效 测装置、电液比例阀及油缸执行机构、人机界面等硬 性，求解目标位置对应最具操作灵活性姿态（即目标姿 件组成[4-5] ，见图 。系统通过人机界面设定目标位置点， 态），采集各臂实时姿态信号，进行闭环控制，通过反 1 激活功能模块，控制器路径规划算法自动优化出最佳 馈调整PWM 控制信号，直至臂架达到目标姿态和目标 姿态，输出PWM 信号驱动执行机构，对变幅、伸缩和 位置。检测装置模块负责检测各节臂架角度、伸缩长 折臂油缸进行联合运动控制，使工作斗以最佳目标姿 度、回转角度等上装臂架系统位姿，手柄中位和脚踏 态到达目标位置，实现一键式定点自动展开，精确控制 开关等操作信号，下车支腿调平状态和工作斗调平状 点对点的移动。 态等整车运行状态，以及通过采用超声波防撞传感器、 登高消防车工作斗空间位置坐标通常由高度、幅度、 高压探测传感器等进行作业环境安全检测。电液比例 回转角度三个参数定义，受变幅臂、伸缩臂、折臂、飞 阀组和油缸执行机构用于响应控制器输出的PWM 电信 臂姿态以及回转位置等影响。其中，回转控制逻辑简 号，驱动变幅油缸、伸缩油缸和折臂油缸。通过P