螺旋运动轨迹的凿岩机械臂孔序规划与蚁群算法

“基于末端杆件螺旋运动的凿岩机械臂孔序规划，王恒升等人，中南大学高性能复杂制造国家重点实验室，通过螺旋运动轨迹规划机械臂孔序，使用蚁群算法优化路径，结合对偶四元数进行轨迹计算。” 在隧道施工中，凿岩机械臂的孔序规划是实现自动化作业的关键环节。该研究由王恒升、陈伟锋和王思远在中南大学高性能复杂制造国家重点实验室进行，他们提出了一种基于机械臂末端杆件螺旋运动的孔序规划方法。这种方法考虑了隧道炮孔的设计，通过定义机械臂末端杆件的螺旋运动轨迹，以曲线长度作为移动成本，构建目标函数，并运用蚁群算法来寻找最优孔序规划。 首先，螺旋运动轨迹被用来定义机械臂的运动路径，这是因为螺旋运动可以提供平滑且连续的轨迹，适合于凿岩机械臂的精确控制。对偶四元数法在此过程中起到了关键作用，它是一种数学工具，能够简洁地表示和处理旋转和平移，有助于推导出机械臂末端杆件螺旋运动参数的计算公式。 接着，为了实现孔序的优化，研究采用了蚁群算法。蚁群算法是一种模拟自然界蚂蚁寻找食物路径的优化算法，它能够全局搜索解决问题，找到孔序规划的近似最优解。这种算法的优势在于其并行性和自适应性，能够在复杂空间路径规划问题中展现出良好的性能。 在实际应用中，研究者针对某隧道断面的64组炮孔设计进行了仿真实验，通过左右两个机械臂的孔序规划，展示了该方法的有效性。仿真结果表明，所得的轨迹规划合理且平滑，能够有效地指导凿岩机械臂进行高效的工作。 该研究提出的基于螺旋运动的孔序规划方法结合了先进的数学工具（如对偶四元数）和智能优化算法（如蚁群算法），为凿岩机械臂的自动化作业提供了理论基础和技术支持，对于提升隧道施工的效率和精度具有重要意义。关键词包括孔序规划、螺旋运动、对偶四元数、蚁群算法、螺旋线性插值以及凿岩机械臂。此研究对于推动隧道工程的自动化进程以及相关领域的技术发展具有深远影响。