一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机制造技术

本发明专利技术提供了一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机，涉及起重机技术领域，通过人机界面输入目标点或连续的路径点坐标,可实现定点或自定义路径的大负载、灵活、平稳无晃动、高速、精度吊载，且负重比高、操作简单。执行机构由三套钢丝绳、万向滑轮组、立柱支座、伺服电机、减速卷扬机通过斜杆与横杆连接组成等边三棱柱体，通过三根钢丝绳共同作用于吊载平台，实现在工作空间中的移动。实现在工作空间中的移动。实现在工作空间中的移动。

【技术实现步骤摘要】
一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机


[0001]本专利技术涉及起重机
，具体涉及一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机。

技术介绍

[0002]起重机是一种用于吊装与搬运重物的机械设备。它们广泛应用于建筑工地、港口、仓储场所、制造业和其他需要抬升或移动重物的环境中。
[0003]传统固定式起重机存在结构较大、负重比（即自身质量与有效载荷比）较低、运行过程灵活性较差（通常三自由度每次只能一个自由度移动，难以实现三自由度联动）、运行平稳性较差（吊载时易出现晃动）的缺点。同时，传统起重机由工作人员使用操纵杆、按钮或遥控器进行遥控作业，难以实现定点的精度、平稳作业，并且操作对工作人员具有一定要求。
[0004]有鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机，能够有效解决现有技术中的传统固定式起重机存在作业效率低、负重比低、灵活性差、吊载平稳性低、精度低、以及对操作人员要求高的问题。
[0006]本专利技术公开了一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机,包括：控制器、人机界面模块、驱动组件、执行组件、以及平台位置采集模块；其中，所述人机界面模块的输出端、所述平台位置采集模块的输出端、所述执行组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出端与所述执行组件的输入端电气连接；其中，所述执行组件包括吊载平台、钢丝绳组件、第一立柱支座、第二立柱支座、第三立柱支座、配置在所述第一立柱支座上端部的第一万向滑轮、配置在所述第一立柱支座底部的第一伺服电机和第一减速卷扬机、配置在所述第二立柱支座上端部的第二万向滑轮、配置在所述第二立柱支座底部的第二伺服电机和第二减速卷扬机、配置在所述第三立柱支座上端部的第三万向滑轮、配置在所述第三立柱支座底部的第三伺服电机和第三减速卷扬机、横杆组件、以及斜杆组件，所述第一立柱支座、所述第二立柱支座和所述第三立柱支座通过所述横杆组件、及所述斜杆组件进行固定连接，所述吊载平台通过所述钢丝绳组件可移动配置在工作空间；其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：分别获取所述人机界面模块发送的坐标信息和所述平台位置采集模块采集到的所述吊载平台的轨迹初始位置点，其中，所述坐标信息为目标点坐标或连续的路径点坐标；
[0007]对所述坐标信息、所述吊载平台的轨迹初始位置点和真实时间进行预处理，生成理想位置信息，其中，所述理想位置信息为所述吊载平台的轨迹初始位置点到所述坐标信息之间的所述真实时间时刻点下所对应的理想位置信息，所述吊载平台的轨迹初始位置点到所述坐标信息之间存在多个时刻点，每一时刻点对应一个理想位置信息；
[0008]获取所述平台位置采集模块采集到的与所述理想位置信息相对应的所述吊载平台的当前位置，并采用PID控制律算法对所述吊载平台的当前位置和所述理想位置信息进行位置闭环处理，生成时刻控制位置信息；
[0009]调用建立好的执行机构运动学模型对所述时刻控制位置信息进行转换处理，生成转速控制信号；
[0010]获取所述执行组件采集到的当前时刻转速信息，并采用PID控制律算法对所述当前时刻转速信息和所述转速控制信号进行转速闭环处理，生成时刻转速信号；
[0011]将所述时刻转速信号发送给所述驱动组件，以驱动所述执行组件的伺服电机进行相应的转动，以实现所述吊载平台在工作空间的移动。
[0012]优选地，所述驱动组件包括三组不同型号的断路器、电磁接触器、变压器、电抗器、干扰滤波器、伺服驱动器、以及制动电阻器，其中，所述断路器与所述电磁接触器、所述变压器电气连接，所述电磁接触器与所述变压器、所述电抗器电气连接，所述电抗器与所述干扰滤波器电气连接，所述伺服驱动器与所述执行组件、所述干扰滤波器、所述制动电阻器电气连接。
[0013]优选地，所述钢丝绳组件包括第一钢丝绳、第二钢丝绳、以及第三钢丝绳，其中，所述第一钢丝绳的一端与所述吊载平台连接，所述第一钢丝绳的另一端通过所述第一万向滑轮可移动的配置在所述第一减速卷扬机上，所述第二钢丝绳的一端与所述吊载平台连接，所述第二钢丝绳的另一端通过所述第二万向滑轮可移动的配置在所述第二减速卷扬机上，所述第三钢丝绳的一端与所述吊载平台连接，所述第三钢丝绳的另一端通过所述第三万向滑轮可移动的配置在所述第三减速卷扬机上。
[0014]优选地，所述平台位置采集模块为红外传感器。
[0015]优选地，对所述坐标信息、所述吊载平台的轨迹初始位置点和真实时间进行预处理，生成理想位置信息，具体为：
[0016]采用五次多项式规划方程组对所述坐标信息、所述吊载平台的轨迹初始位置点和真实时间进行计算处理，生成理想位置信息；
[0017]其中，五次多项式规划方程组为：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]其中，为理想位置信息的X轴坐标点，为理想位置信息的Y轴坐标点，为理想位置信息的Z轴坐标点，、、、、、、、、、、、、、、、、和为常数，为的一阶导数，为的二阶导数，为的一阶导数，为的二阶导数，为的一阶导数，为的二阶导数。
[0027]优选地，采用PID控制律算法对所述吊载平台的当前位置和所述理想位置信息进行位置闭环处理，生成时刻控制位置信息，具体为：
[0028]根据公式对所述吊载平台的当前位置和所述理想位置信息进行位置闭环处理，其中，为时刻控制位置信息，为，为比例系数，为积分系数，为微分系数。
[0029]优选地，调用建立好的执行机构运动学模型对所述时刻控制位置信息进行转换处理，生成转速控制信号，具体为：
[0030]根据公式，其中，为减速卷扬机减速比，为减速卷扬机卷筒半径，是对时间t的求导，为下一时刻吊载平台速度，，为数据采集周期,为雅可比矩阵。
[0031]优选地，在调用建立好的执行机构运动学模型对所述时刻控制位置信息进行转换处理之前，还包括：
[0032]设为未知量（X1,Y1,Z1）,滑轮质心点为A，得A到点距离；
[0033]设万向滑轮组滑轮半径为R，得滑轮出绳点C与点距离,得滑轮C点与点夹角；
[0034]设滑轮入绳点Q，得Q与点距离；
[0035]由余弦定理得滑轮Q点与点夹角，得滑轮Q点与C点弧长
，进而得Q点至点绳长；
[0036]对绳长求导可得,其中，为雅可比矩阵,可表示为：，是对时间t的求导,为下一时刻吊载平台速度，，为数据采集周期。
[0037]综上所述，本实施例提供的一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机，通过人机界面输入目标点或连续的路径点坐标,可实现定点或自定义路径的大负载、灵活、平稳无晃动、高速、精度吊载，且负重比高、操作简单；执行机构由三套钢丝绳、万向滑轮组、立柱支座、伺服电机、减速卷扬机通过斜杆与横杆连接组成等边三棱柱体，通过三根钢丝绳共同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机, 其特征在于，包括：控制器、人机界面模块、驱动组件、执行组件、以及平台位置采集模块；其中，所述人机界面模块的输出端、所述平台位置采集模块的输出端、所述执行组件的输出端与所述控制器的输入端电气连接，所述控制器的输出端与所述驱动组件的输入端电气连接，所述驱动组件的输出端与所述执行组件的输入端电气连接；其中，所述执行组件包括吊载平台、钢丝绳组件、第一立柱支座、第二立柱支座、第三立柱支座、配置在所述第一立柱支座上端部的第一万向滑轮、配置在所述第一立柱支座底部的第一伺服电机和第一减速卷扬机、配置在所述第二立柱支座上端部的第二万向滑轮、配置在所述第二立柱支座底部的第二伺服电机和第二减速卷扬机、配置在所述第三立柱支座上端部的第三万向滑轮、配置在所述第三立柱支座底部的第三伺服电机和第三减速卷扬机、横杆组件、以及斜杆组件，所述第一立柱支座、所述第二立柱支座和所述第三立柱支座通过所述横杆组件、及所述斜杆组件进行固定连接，所述吊载平台通过所述钢丝绳组件可移动配置在工作空间；其中，所述控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：分别获取所述人机界面模块发送的坐标信息和所述平台位置采集模块采集到的所述吊载平台的轨迹初始位置点，其中，所述坐标信息为目标点坐标或连续的路径点坐标；对所述坐标信息、所述吊载平台的轨迹初始位置点和真实时间进行预处理，生成理想位置信息，其中，所述理想位置信息为所述吊载平台的轨迹初始位置点到所述坐标信息之间的所述真实时间时刻点下所对应的理想位置信息，所述吊载平台的轨迹初始位置点到所述坐标信息之间存在多个时刻点，每一时刻点对应一个理想位置信息；获取所述平台位置采集模块采集到的与所述理想位置信息相对应的所述吊载平台的当前位置，并采用PID控制律算法对所述吊载平台的当前位置和所述理想位置信息进行位置闭环处理，生成时刻控制位置信息；调用建立好的执行机构运动学模型对所述时刻控制位置信息进行转换处理，生成转速控制信号；获取所述执行组件采集到的当前时刻转速信息，并采用PID控制律算法对所述当前时刻转速信息和所述转速控制信号进行转速闭环处理，生成时刻转速信号；将所述时刻转速信号发送给所述驱动组件，以驱动所述执行组件的伺服电机进行相应的转动，以实现所述吊载平台在工作空间的移动。2.根据权利要求1所述的一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机, 其特征在于，所述驱动组件包括三组不同型号的断路器、电磁接触器、变压器、电抗器、干扰滤波器、伺服驱动器、以及制动电阻器，其中，所述断路器与所述电磁接触器、所述变压器电气连接，所述电磁接触器与所述变压器、所述电抗器电气连接，所述电抗器与所述干扰滤波器电气连接，所述伺服驱动器与所述执行组件、所述干扰滤波器、所述制动电阻器电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机, 其特征在于，所述钢丝绳组...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄琪琛，林添良，缪骋，付胜杰，李芊芊，彭怡红，胡鑫海，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：