机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (10): 450-463.doi: 10.3901/JME.2025.10.450
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潘禄1, 朱劲松2,3, 陈正升4, 刘中冠1, 赵桔贤1, 李伟1
PAN Lu1, ZHU Jinsong2,3, CHEN Zhengsheng4, LIU Zhongguan1, ZHAO Juxian1, LI Wei1
摘要: 面向消防灭火自主作业,提出一种基于运动学模型的灭火射流控制方法。将射流连续体离散成关节变量,推导射流运动学模型,针对建模过程中多因素强耦合造成的非线性关系难以显式表征问题,建立基于自回归积分滑动平均模型(Autoregre ssive integratal moving average model,ARIMA)和长短时记忆网络(Long short-term memory,LSTM)的灭火射流轨迹预测模型。考虑实际作业过程中的障碍物干扰问题,重构烟花算法的初始种群分布和下一代种群确定方法,实现有障碍物约束条件下的射流驱动关节运动学逆解。建立考虑死区特性和喷射反力的关节动力学模型,设计基于径向基网络观测器的角度跟踪滑模控制器,实现对期望角度的跟踪控制,并在实际灭火机器人上开展验证试验。结果表明,灭火射流轨迹模型预测精度均优于LSTM、ARIMA及显式模型,关节角度跟踪控制算法的控制精度高于现有PD、模糊控制以及线性自抗扰控制器,在自主灭火作业测试中,所提方法的火点打击精度优于现有方法。
中图分类号: