一种考虑避障的桥式起重机路径规划方法技术

一种考虑避障的桥式起重机路径规划方法，属于机械自动化领域。所述路径规划方法包括：首先，根据桥式起重机的相关参数，建立桥式起重机的受控动力学模型。第二，建立控制饱和约束。第三，建立状态量约束。第四，建立避障条件。第五，确定调运任务的边界条件。第六，根据桥式起重机的动力学方程、边界条件以及约束条件，建立能量‑时间最优控制问题并进行求解。本发明专利技术提供了一种数学形式上简单的避障条件，能够保证计算过程的稳定性与效率。同时综合考虑了调运过程中的时间与能量消耗，具有实际的控制任务具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑避障的桥式起重机路径规划方法
本专利技术属于机械自动化领域，涉及一种考虑避障的桥式起重机路径规划方法。
技术介绍
桥式起重机是工厂、码头、工地等工程场景下进行物料调运的常见设备。桥式起重机通常由经验丰富的驾驶员进行操作，而人工操作不可避免地受到视线干扰、疲劳操作等因素的干扰，从而导致潜在的操作风险。因此，桥式起重机的自动化操作受到了广泛的研究。根据控制器设计中是否存在反馈，桥式起重机的控制策略分为开环控制(如输入整形方法，路径规划方法，滤波方法等)以及闭环控制(如模型预测控制，滑模控制，反馈线性化等)。实际应用过程中，若首先使用开环方法规划出可行路径，进而使用闭环策略进行路径跟踪，将极大提升控制策略的安全性水平与鲁棒性。再次控制策略下，路径规划技术是影响控制效果的关键环节。现有的桥式起重机调运路径规划技术通常单纯地考虑调运时间最短或能量消耗最优。若能在路径规划环节综合考虑调运的时间消耗与能量消耗，生产单位则能根据具体的任务情况，针对性地进行选择。此外，现实的生产或施工环境中通常会出现货物或产品的堆积，从而对桥式起重机路径规划环节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑避障的桥式起重机路径规划方法，其特征在于，所述的桥式起重机由大车、小车、吊绳以及重物四部分组成，所述桥式起重机路径规划方法包括以下步骤：/n步骤1：根据桥式起重机的相关参数建立桥式起重机的受控动力学方程/n桥式起重机中，采用x代表小车沿X轴的位移，y代表大车沿Y轴的位移，θ

【技术特征摘要】
1.一种考虑避障的桥式起重机路径规划方法，其特征在于，所述的桥式起重机由大车、小车、吊绳以及重物四部分组成，所述桥式起重机路径规划方法包括以下步骤：
步骤1：根据桥式起重机的相关参数建立桥式起重机的受控动力学方程
桥式起重机中，采用x代表小车沿X轴的位移，y代表大车沿Y轴的位移，θx与θy用于表示吊绳的摆角；吊绳长度记作l；mp、mt和mg分别代表重物、小车以及大车的质量；Fx代表在X轴方向对小车施加的控制力，Fy代表在Y轴方向对大车施加的控制力；记vx与vy分别为小车与大车的速度，ωx与ωy分别为θx与θy对应的加速度；并记Sx≡sinθx，Sy≡sinθy，Cx≡cosθx以及Cy≡cosθy；重力加速度为g；选择系统的广义坐标为q＝[x,y,θx,θy]T，则系统的受控动力学方程为：



其中，t为时间变量，与u＝[Fx,Fy]T分别为系统的状态变量与控制变量；矩阵M、V、G与F分别表示系统的惯性矩阵、科氏力矩阵、重力相关矩阵与控制力矩阵，且对应的表达式分别为：






G＝[0,0,mpglSxCy,mpglCxSy]T(4)
F＝[Fx,Fy,0,0]T(5)
步骤2：建立控制饱和约束
记控制过程中，Fx与Fy的上限分别为Fx,max与Fy,max，则控制饱和约束表示为：
|Fx|≤Fx,max,|Fy|≤Fy,max(6)
步骤3：建立状态变量约束
要求小车与大车的速度处于安全范围内，使得在突发状况下，系统能够实现快速停车，记小车与大车的速度上限分别为vx,max与vy,max，则对应的约束条件表示为：
|vx|≤vx,max,|vy|≤vy,max(7)
此外，还要求调运过程中摆角处于安全范围内；记θx与θy对应上限分别为θx,max与θy,max，则对应的约束条件表示为：
|θx|≤θx,max,|θy|≤θy,max(8)
步骤4：建立避障条件
记环境中有K个摆放在地面的障碍物；地面采用平面Pground:{(x,y,z)|z＝-z0},(z0＞0)表示；假设每个障碍均为圆柱体，且重物采用特征球表示；对于障碍k(k＝1,2,…,K)，记其半径为robs,k，高度为hk(hk...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕炜，刘洁，董献洲，彭海军，张盛，陈飙松，李云鹏，吕琛，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21