基于轨迹优化与模型预测控制的水液压挖掘机实时运动规划

挖掘任务的自动化需要满足多种约束的实时轨迹规划。为保证约束可行性与实时轨迹重规划能力，我们提出了一种用于水液压挖掘机实时基于优化的轨迹规划的集成框架。该框架由两个主要模块组成：全局规划器与实时局部规划器。全局规划器在计算整体全局轨迹时考虑挖掘量与能量最小化，而局部规划器以滚动时域方式跟踪全局轨迹，满足动态可行性、物理约束与扰动感知。我们在仿真环境中验证了所提规划算法，其中在来自液压摩擦与土-铲斗相互作用的模拟扰动下进行了两类操作：浅挖与深挖。优化得到的全局轨迹在秒级时间内获得，并由局部规划器以高于30 Hz的频率跟踪。据我们所知，本工作提出了首个满足水液压挖掘机约束（如力/力矩、功率、油缸位移与流量限制）的实时运动规划框架。