[发明专利]桥式吊车最短时间防摆轨迹实时生成方法

说明书

技术领域

本发明属于工业自动化领域，特别是涉及桥式吊车的最短时间防摆轨迹实时生成方法。

背景技术

众所周知，桥式吊车是一种十分典型的工程机械，它广泛的用于建筑业、制造业、港口业来运输各种各样的负载。伴随着高端工业自动化的快速发展，桥式吊车在实际应用中被提出更高的要求，桥式吊车通过吊绳带动实现负载运输。由于其特殊的机械构造，同时实现运行速度和抗摆角两项指标总是相矛盾。

当前，为了实现桥式吊车系统的快速安全操作，桥式吊车操作工人需要接受很长时间的培训，并在操作过程中不断总结经验以及吸取各种教训。具体在操作过程中，工人需要利用他们的经验并通过肉眼的观测来估计负载的位置与摆角大小，然后选择合理的动作序列来有效抑制负载的摆动。但依靠人工很难在时间约束、摆角约束等条件下，实现最快到达预定位置。

伴随着科技水平的快速发展，研究者们提出了许多吊车的反馈控制和轨迹规划方法。为了解决摆角和运输速度之间的矛盾，张雪波等[1]提出了一种利用凸优化的最短时间轨迹规划，但这种方法是一种离线方法，需要耗时比较长的时间。其他研究者们[2][3]提出了一些实时轨迹方法，但它们不能保证在复杂约束条件下的最短时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种桥式吊车最短时间防摆轨迹实时生成方法，能够解决原有理论与技术存在的不足，很好的实现在最短时间条件下实时轨迹规划。

为了实现上述目的，本发明在借鉴前人的基础上提出使用机器学习回归的方法，根据训练完成回归模型，将触摸屏输入装置设置的参数输入到回归网络模型中计算出实时轨迹，避免了传统的查表方式占用内存过大的缺点，从而此项发明可以在DSP控制板上实现。

本发明采用如下技术方案：

一种桥式吊车最短时间防摆轨迹实时生成方法，用于人工操作员(1)通过现有的触摸屏遥控操作系统(2)来远程控制吊车(3)进行水平运动，该方法的具体步骤如下：

第1、通过桥式吊车的触摸屏遥控操作系统设置输入参数的值，控制吊车沿已建立坐标系x方向水平运动，其中，触摸屏遥控操作系统的界面组成包括数字虚拟键盘(6)；

所述坐标系中的x方向指沿水平方向向右，z方向垂直向下，y方向可由右手定则得到(如图2中所示)；

输入参数包括：最大摆角θ_max、最大速度v_max、最大加速度a_max、绳长L和目标运送位置x_f(5)；具体而言，最大摆角θ_max是用户设定的吊车缆绳允许的最大摆角，最大速度v_max是用户设定的吊车的最大水平运动速度，最大加速度a_max是用户设定的最大运动加速度，绳长L是吊车缆绳顶端到负载重心的长度，运送目标位置x_f是用户设定的吊车运行到目标坐标位置；

第2、令q＝[x v θ ε]^T为桥式吊车的状态向量，其中x表示桥式吊车运送位置、v表示桥式吊车运行速度、θ表示负载摆动角度、ε表示负载摆角速度，桥式吊车从起始状态q₀＝[0 0 0 0]^T到运送目标状态q_f＝[x_f 0 0 0]^T的过程中，生成的最短时间防摆轨迹经过二个阶段或三个阶段——加速阶段、匀速阶段和减速阶段，其中匀速段不存在时即为二个阶段，具体由算法判断，加速阶段与减速阶段的速度相互对称，其中加速阶段实时规划通过如下步骤得到：

第2.1、利用离线最短时间轨迹规划方法生成不同参数设置下的大量离线规划数据，构建数据库；

第2.2、根据第2.1步构建的数据库，利用机器学习算法构建回归模型并且训练模型参数；

第2.3、利用第2.2步得到的回归模型，进行实时加速阶段轨迹规划，利用得到的加速阶段轨迹，根据位置对称可以得到减速阶段的位置轨迹。

其中，第2.1步所述的加速阶段实时规划实现步骤中构建数据库具体步骤如下：