[发明专利]臂架式起重机车载控制器内吊装方案实时生成方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种臂架式起重机车载控制器内吊装方案实时生成方法及系统。

背景技术

起重机在建筑与运输行业被广泛使用，但涉及起重机吊装作业的安全事故却频发。如我国2012年与2013年涉及起重机械的重大安全事故分别有76和61起，占整个特种设备安全事故的33.3％和26.87％，死亡人数占整个特种设备事故死亡人数的44.2％和29.07％。而对轮式起重机来说，由于其既具有汽车的移动性，又具有吊车的吊装特性，因此相对其它类型起重机来说，更容易造成安全事故。

吊装作业前的吊装方案规划与仿真是预防吊装作业发生安全事故的重要环节。吊装方案规划是把起重机看作为多自由度的机器操作手，在其定义的起重机可配置空间内，采取蚁群算法、概率路标法、快速探索随机树等搜索算法，查找从吊装物体源位置到目标位置的无碰撞无过载的优化路径。吊装仿真是依据被吊物、障碍物的外形尺寸和坐标数据，在CAD平台上建立对应的作业区三维吊装仿真环境，并采用起重机虚拟样机，观测一台或多台起重机在吊装过程中是否发生碰撞，此外如Lift Plan,Cranimation和ranXpert等一些商业吊装规划软件也被开发出来。这种方式需要事先对吊装作业区内物体位置与形状进行测绘，在计算机系统内建立其三维模型。三维模型的建立、吊装路径的搜索与优化算法复杂，通常需要借助专业软件，难以在资源有限的车载控制器内实现，适用于吊装作业区内环境较小变动的非实时情况下吊装过程的前期准备,而对于频繁变更其吊装环境的轮式起重机来说，并不适用。

发明内容

针对上述现有技术中提出的问题，本发明提供一种方法以及系统，采用轮式起重机吊臂臂头自主探测学习方法，准确采集作业区障碍物外形与位置信息，以扇格数据表方式精确存贮作业区环境数据，采用吊臂臂头采集吊装物体的源位置与目标位置信息，依据采集的环境数据并结合起重机吊装性能表，在车载控制器内实时生成吊装方案，并对生成的吊装方案进行优化与仿真。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种臂架式起重机车载控制器内吊装方案实时生成方法，包括以下步骤：

步骤一，建立起重机圆桶坐标系

以起重机回转中心在地面的投影为原点O，以起重机车身中轴线作为X轴，X轴正向指向起重机车头，Y轴与X轴垂直，Y轴正向与X轴正向逆时针夹角90°，Z轴正向为远离地面方向，垂直于XOY平面，建立XYZ坐标系；则坐标系中的一点P由坐标(φ,d,h)表示，其中φ表示点P在XOY平面投影D所形成OD线与X正向轴的逆时针夹角，d表示投影D到坐标原点O的距离，h表示点P到投影D之间的高度；

记起重机吊臂臂头的空间位置为其中吊臂长度为r，仰角为β，以X轴正向为起始位置的转角为根据几何关系可得到臂头的空间位置和臂头在XYZ坐标系中的坐标之间的换算关系；

步骤二，扇格化存储吊装作业区环境数据

步骤S20，将吊装作业区按间隔一定的转角划分为多个扇区，再将每个扇区依据到坐标原点O的距离划分为多个扇格，建立环境数据表，在表中每个扇区的每个扇格用于存放该位置的环境数据；每个扇格中用两组数据记录，分别表示在该扇格空间中吊臂可活动区域的上边界和下边界；

步骤S21，将吊装作业区中的障碍物按照其外形进行分类；

步骤S22，根据不同类型的障碍物，采集能代表其空间外形结构的数据信息，将这些数据信息填充到对应的扇格中；

步骤三，吊装方案实时优化

步骤S30，采集吊装物体的源位置、目标位置的空间位置信息，并转化为XYZ坐标系中的坐标；

步骤S31，按照从源位置到目标位置的吊臂转动量最小的方法确定吊臂的旋转方向；

步骤S32，计算吊臂的最大变幅位置，根据最大变幅位置扇区内的环境数据和该起重机的性能表，确定吊装时吊臂的可选臂长范围；

步骤S33，计算吊臂在源变幅位置下的仰角范围、从步骤S32确定的可选臂长范围中选择预选臂长并计算在源变幅位置下的预选仰角，继而判断并确定合适的预选仰角和臂长；

步骤S34，计算每个转角下的吊装预选仰角；

步骤四，生成吊装方案

根据确定的吊臂旋转方向，以吊臂从吊装物体源位置到目标位置仰角变化次数最小者为最优方案；变化次数相同时，选择臂长最短者为最优方案。

进一步地，步骤S22的具体步骤如下：