智能起重机路径规划及定位防摆控制策略分析

智能起重机路径规划及定位防摆控制策略分析

蔡红

山东莱钢物流发展有限公司 山东 济南市钢城区 271104 摘要：随着我国基础建设的不断提升，人们越来越重视智能起重机的应用，借鉴全球中相关优秀的研究成果。本文对智能起重机的路径进行方法进行了分析，并对定位防摆控制策略进行研究，并对未来智能起重机的发展，进行了展望。 关键词：智能起重机；路基规划；定位防摆控制策略 引言：传统的起重机，定位不精准，效率比较低，运行的过程不平稳，这种工作是一种高危工作，这种情况下，操作人员比较精准，在加上起重机的上吊运的金属具有辐射性。对人们的身体长身了很大的损害。因此，随着人力资源的缺失，越来越多的人们，采用了现代化的技术，如计算机技术、人工智能等技术，能够为智能起重机的发展，奠定良好的基础。本文对之鞥呢起重机的路劲进行规划，并对其定位防摆技术进行研究，希望能够对其智能起重机的发展起到帮助作用。 一、智能起重机路径规划 智能起重机，通过传感器，能够对所处的环境，进行分析，然后对路径进行规划，对有障碍的地方，吊位会寻找一个动作序号，按照这个序号，保持整个过程无碰撞^[1]。目前主要使用的方法是概率路标算法、人工试场法等方法。 （一）概率路标法

这种方法，对空间中的无障碍区域，采用随机的形式，对采样点进行碰撞检测，获取障碍物的数据，通过计算，将这些点做有效的接连，可以得到路径的规划序列。这种算法，主要的难点在于路径的搜索，这种方法可以在实际的场景中应用。 （二）快速扩展随机树算法 这种方法，主要是空间中的一个初始点作为根节点，多次、反复的进行采样，这样就可以一直增加叶的节点，或者能够其中的一个叶节点重叠，这样可以在一个随机数中，找到一个树节点，从初始点到目标点之间的规划路径。改进好的双向快速扩展随机树算法，能能够快速获取最佳的无碰撞路径，在实际的环境中，障碍物是有变化的，所以采用了RRT算法，可以实现实时无碰撞规划，这种方法取得了良好效果。 二、智能起重机定位防摆控制技术 起重机防摇摆自动控制技术，应把握其物理特性以及起重载荷摇摆的实际检测数据信息，通过计算机技术对其进行建模和相关计算，能够科学的预算出摇摆幅度的准确数值，以智能化的防摇摆自动定位以及控制方式为基础,借助对其编程实现控制；现场通信以及变频调速等电器控制技术的原理,主要是实现对起重机运作的控制；准确定位和防摇摆技术的主要的研究方向由以下几点构成,分别是检测设备、信号传递方法、检测体系结构、抵抗干扰效能。电气防摇摆技术打破了人们对传统的认知。起重机在作业中，部件之间会产生摩擦，会影响起重机的作业，引发事故的发生。近年来,对这种情况,采用了两种方式,对起重机进行定位防摆控制,主要有以下两个方面。

（一）闭环控制 小型智能起重机，对其进行精准的定位和负载防摆的闭环控制方法中，有很多形式，如下： （1）预测控制 这种方法是一种新型的技术，对模型的要求比较低，能够有效的处理约束，能够对反馈信息，进行校正。随着计算机运行效率的提升，这种方法得到了广泛的应用，这种方式，能够实现对起重机的轨迹的跟踪，控制起重机的吊摆，采用抗摆的方法有MPC控制方法，能够在最短的时间内，实现对起重机的定位和防止起重机摆动的作用。 （2）反馈线性化 这种是一种非线性的控制设计技术，能够实现部分或者全部的精确线性化^[2]。把起重机欠驱动和分驱部分，给出一个非线性的控制律，这样系统能够得到稳定。 （二）开环控制 开环控制方法，包括输入整形的定位防摆控制，以规划轨迹定位防摆控制两种方法。 （1）轨迹规划定位防摆技术 这种方法是一种有效的消摆方法，需要构建合适的轨迹，并跟踪轨迹。这种轨迹，没有表达公式，所以操作难度比较大。不连续的加速度轨迹对应的加速度无线上，有无限大的取值点，所以难以根据轨迹，激发系统振荡。 （2）输入整形定位防摆技术 这种技术，一种经常使用的起重机消摆技术，不需要考虑起重机的动力学特性，而是采用了非线性运动，在平衡点周围，做可以线性化的处理，消除负载摆动。

三、对未来起重机发展的展望 随着科技的发展进步，人力资源的成本越来越高，起重机的应用范围也在不断的扩大，起重机的周边的环境也非常的复杂，因此为了避免和周围的障碍物，发生碰撞，所以，对智能起重机的运行路径进行规划，对其防摆定位控制技术进行不断的研究与应用，未来，需要在路径规划的算法上，更加提升效率，能够有迅速反应，能够适应环境的变化。要对防摆定位控制的速度上进行提升，迅速的减小摆角。在科研人员的不断努力下，已经得到了很大的成果，但是目前的工程中，还存在需要解决的问题。 （一）观测仪设计上

观测仪，能够测量起重机的角速度和摆角，物理传感器，在起重机中的应用，可以有效的对起重机的角速度和摆角进行测量，但是，目前的起重机系统比较特殊，价格比价昂贵，在工程中，不方便使用物理传感器，因此，可以设计状态观测仪，可以获取起重机的摆角及其角速度的信息，可以解决工作中遇到的难题。 （二）动态路径的规划研究 动态的路径规划，对其研究中，使得掌握度的地点不变，不改变起重机的使用环境，使用静态的路径规划方案，就可以做到。如果环境中的障碍物是动态的，或者是不确定的，就需要采用动态的规划路径， 采用实时在线的方式进行规划路径，但是这种动态的路径的规划工作难点比较多，会受到很多复杂条件的限制，因此，目前，应用的动态路径规划还不多。 （三）非线性模式的设计 对这个模式的设计中，很多中的控制器，都会按照线性化的模式进行设计和控制起重机的性能。为了提升对起重机的控制能力，可以采用非线性的设计，采用非线性模式控制器，或者把其中分分为多个线性的模型，并对起重机的每个部分进行线性的控制。 （四）多台起重机协作的路径规划 在工程的施工中，会存在一台起重机难以完成重任的情况，所以需要多台起重机，共同来完成工作任务，在复杂的环境中，共同工作中会，会降低的吊装的工作效率，还会有一定的危险性，因此需要规避障碍物，这也是未来的一个新的研究方向。

结束语：智能起重机，能够有效的节省人力资源的投入，使得起重机的应用范围更加广泛，通过本文的分析研究，给出起重机的一些研究的方法，如计算机技术、人工智能技术等，未来智能起重机的发展，随着智能技术的提升，会发展的越来越好，提升我国的经济效益。 参考文献： [1]邵雪卷, 张学良, 张井岗,等. 智能起重机路径规划及定位防摆控制策略[J]. 起重运输机械, 2017(11):65-70. [2]郑飞杰, 晋芳伟, 吴龙,等. 二自由度门式起重机智能定位防摆控制研究[J]. 武夷学院学报, 2015(12):69-73.

[3]林相文,马玉杰.智能无人起重机设备发展及相关问题浅议[J].中国设备工程,2017(04):141-142.

[4]吴延辉.新一代数字化智能起重机控制系统科技成果展在郑州举行[J].港口装卸,2014(01):32.

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