移动式起重机吊装路径规划仿真平台设计

针对移动式起重机吊装路径规划的过程、结果难以直观显示,算法性能测评困难等问题,设计并实现了一款面向移动式起重机吊装路径规划的仿真平台。给出平台的系统框架,具体介绍路径规划、可视化的设计,用一个实例验证其可用性和有效性。实例表明,平台可实时显示搜索树(图)的生长过程、规划所得的路径及其吊装过程,同时可进行算法性能的自动测试,有助于吊装路径规划算法的研究。     

桥式起重机三维吊装路径规划

桥式起重机吊装路径规划研究大部分是在二维环境下进行的,在三维环境中的路径规划研究较少,且目前关于桥式起重机的三维路径规划方法多是基于传感器导航的Srinivas算法。该算法的参数是根据经验得到的,且在不同环境中很难准确选择最优值。所建立的环境模型障碍物约为两个,无法证明在更多障碍物的环境中是否仍然可以保证路径最优且安全防撞。鉴于智能算法的优势以及在机器人领域中的成功应用,提出了基于改进蚁群算法的三维吊装路径规划方案。建立静态且环境已知的桥式起重机三维作业环境模型,利用栅格法划分空间,将桥式起重机所吊重物最大摆动距离与其安全通过障碍物的距离之和设为安全距离,且对蚁群算法的启发函数、适应度函数、信息素更新公式等进行了改进,使其应用于桥式起重机三维环境的吊装路径规划。Matlab仿真研究结果证明了该方案的可行性与有效性。     

基于MSC.ADAMS的防摇系统柔性体仿真

本文应用多体动力学软件MSC.ADAMS对集装箱起重机防摇系统进行柔性体仿真,准确地分析了集装箱起重机小车由额定速度减速至静止的过程中,吊具及吊装重物加速度和摆动幅值的变化,为机构优化设计提供理论依据。对于集装箱起重机来说,如何最大程度地减小重物在吊装运输过程中的摆动幅值,是人们在研究分析吊装系统性能时较为关心的问题。铁路集装箱门式起重机起升吊装重物所用防摇摆系统的钢丝绳缠绕相对较为复杂,应用普通的计算方法很     

基于交互车辆轨迹预测的自动驾驶车辆轨迹规划

针对城市道路等复杂行车场景,提出了一种基于交互车辆轨迹预测的自动驾驶车辆轨迹规划方法,将高维度的轨迹规划解耦为低维度的路径规划和速度规划;首先,采用五次多项式曲线和碰撞剩余时间规划车辆行驶路径;其次,在社会生成对抗网络Social-GAN的基础上结合车辆空间影响和注意力机制对交互车辆进行轨迹预测;然后,结合主车规划路径、交互车辆预测轨迹及碰撞判定模型得到主车S-T图,采用动态规划和数值优化方法求解S-T图,从而得到满足车辆动力学约束的安全、舒适最优速度曲线;最后,搭建PreScan-CarSim-Matlab&Simulink-Python联合仿真模型进行实验验证。仿真结果表明,提出的轨迹规划方法能够在对交互车辆有效避撞的前提下,保证车辆行驶的舒适性和高效性。     

桥式起重机精准定位在线轨迹规划方法设计及应用

针对工业桥式起重机的异步电机难以准确跟踪给定轨迹,从而导致离线轨迹规划算法定位误差很大的问题,论文提出一种基于相平面分析的在线轨迹规划算法.这种方法利用激光测距仪采集位置信息,在起重机运行过程中,根据台车与目标位置的距离来优化轨迹不同阶段的运行时间,并实时调整台车轨迹的有关参数,以实现台车精准定位的目标.实验结果表明,这种方法可以很好地兼顾负载快速消摆与台车准确定位两方面的要求,有利于提升桥式起重机的运送效率.论文将这种在线轨迹规划方法成功应用于标准32 t工业桥式起重机,并取得了良好的运行效果.     

基于柔索驱动的锅炉检测机器人轨迹规划研究

设计并制作了一种2自由度的基于柔索驱动的电厂锅炉管道检测机器人,实现其点对点直线轨迹运动.首先设计搭建缩比实验台及其控制系统.建立该机器人的运动学模型并研究其位置、速度及加速度正反解规律.在此基础上,对其进行点对点直线轨迹规划研究,运用位置离散微分和梯形速度规划对两轴在各点的位置速度时间进行求解,构成机器人起始点到终止...     

基于ROS的六自由度机械臂运动规划

针对传统机器人在复杂环境下的安全问题以及运动规划问题,采用开源机器人操作系统ROS搭建了机器人仿真平台,并进行运动规划。在ROS平台下,利用URDF文件完成机械臂3D建模;利用Movelt配置助手(setup assistant)配置机械臂模型并且生成启动文件。在Rviz中显示三维模型;利用Movelt完成对六自由度机械臂的运动规划,以及避障轨迹规划。结果表明,通过Rqt_plot导出机械臂运动过程中六个关节的位置关系信息,可为进一步改善和研究机械臂轨迹规划提供更加直观的方法。     

双连杆刚柔机械臂无残余振动位置控制

针对双连杆刚柔机械臂,提出一种基于轨迹规划的无残余振动位置控制方法,在将机械臂的末端执行器从任意初始位置移动到目标位置的同时,确保系统没有残余振动产生.首先,建立系统的动力学模型,并通过分析该模型得到系统的状态约束方程.其次,基于状态约束方程,运用双向轨迹规划方法规划一条系统前向轨迹和一条系统反向轨迹.然后,利用时间倒转方法及基于遗传算法的轨迹优化方法对两条轨迹进行拼合,得到一条从系统初始状态到目标状态的期望轨迹.最后,设计轨迹跟踪控制器使系统沿期望轨迹到达目标状态,实现系统的无残余振动位置控制目标.仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

基于微分平坦与MPC的智能车换道控制算法

为了提高智能车换道的安全性,提出了一种基于微分平坦理论与模型预测控制(MPC)算法相结合的智能车换道轨迹规划与跟踪算法。该算法利用约束求解得到基于sigmoid函数的优化路径;将其与多项式参数化时间函数作为平坦输出,利用微分平坦理论构造一个非线性性能指标函数并对其进行优化求解完成车速规划;从而实现对智能车辆路径-速度分解式的轨迹规划。利用动力学模型预测控制算法线上控制的优点,对智能车的车轮转向进行实时控制,使得车辆按照规划好的轨迹行驶完成换道。通过CarSim与MATLAB/Simulink的联合仿真,将提出的轨迹规划算法应用于车辆系统仿真软件中进行验证,结果表明该算法能够实现对智能车进行轨迹规划和跟踪控制,使其安全高效地换至目标车道。     

基于能耗优化的六足机器人摆动腿轨迹规划

以六足机器人单腿为研究对象,研究机器人摆动腿轨迹规划问题.由于摆动要消耗能量,所以提出了一种基于能耗优化的轨迹规划方案.结合以D-H法建立的机器人单腿运动学模型和腿部位置、速度、加速度等约束,采用多项式插值法在关节空间对机器人摆动腿进行轨迹规划.在考虑直流电机有效功率和热损耗的基础上,通过遗传算法对非线性等式和不等式约束下的非线性规划问题进行求解.仿真结果表明,所设计的方案能有效降低摆动腿能量消耗并保证轨迹连续平滑.     

起重机升降运动系统的建模及仿真研究

目前,对起重机升降系统的研究,基本上将电气系统和机械系统分开研究,或者只是简单的进行链接,很难建立有效、精确的数学模型。针对该问题,分析了起重机升降运动系统各组成部分的关系,建立了起重机升降运动系统机电耦合数学模型,以变量的形式引入了电磁转矩和钢丝绳的弹性系数,避免了单纯从机械系统或电气系统建模而忽略两者之间存在相互影响的缺陷;以负载运动位置作为控制变量,采用基于矢量控制的调速方法对该模型进行了仿真,结果表明,该模型能够较好地反映出起重机升降运动的工作过程。     

一种直接基于摆角约束的欠驱动桥式吊车轨迹规划方法（英文）

This paper proposes a novel swing constraint-based trajectory planning method for nonlinear overhead crane systems.To enhance the efficiency and security of the transportation process, some desired trajectories are designed to achieve the following merits: 1) leading the trolley to reach the destination sufficiently fast; 2) keeping the payload swing in an acceptable domain;3) eliminating the residue swing when the trolley stops at the desired position. Specifically, the trajectories are divided into three stages. For each stage, the desired curve of the swing angle is directly constructed in accordance with anti-swing and zero-residual swing requirements, based on which the trolley trajectory is then obtained by analyzing the nonlinear kinematics of the crane system.An optimization mechanism is introduced to make intelligent compromises among the indices of transportation time, maximal swing angle, and so on. Both simulation and experimental results are provided to demonstrate the performance of the proposed direct swing constraint-based trajectory planning method.     

一种直接基于摆角约束的欠驱动桥式吊车轨迹规划方法

针对非线性桥式吊车系统,本文提出了一种新颖的基于摆角约束的轨迹规划方法.为了提高运送过程的效率和安全性,论文设计了期望轨迹以实现如下优点: 1)使台车很快到达目标位置; 2)将负载摆角抑制到可接受的范围之内; 3)当负载在目标位置停止时无残余摆动.具体而言,所设计的轨迹由三个阶段构成,每一阶段均根据抗摆和零残余摆角的要求来构造摆角曲线,在此基础上,利用桥式吊车的非线性运动学方程分析得到台车轨迹.论文引入了一种优化机制对运送时间,最大摆角等指标进行折衷考虑.文中通过仿真和实验结果表明了所设计的直接基于摆角约束的轨迹规划方法的性能.     

深海起重机系统的实时轨迹规划方法

近年来, 随着海洋资源的不断开发与海洋工程的全球化推进, 深海起重机得到了广泛应用, 其控制问题也引起研究人员的极大关注. 在深海作业环境中, 由于吊运过程受到水流作用力的影响, 负载摆动幅度增大, 系统状态量间非线性耦合关系增强, 使系统控制难度加大. 为此, 本文针对深海起重机系统提出了一种实时轨迹规划方法. 具体而言, 通过分析系统动力学特性和状态变量之间复杂的耦合关系, 提出了一种实时规划轨迹的方法, 并从理论上证明了该方法可在使台车准确快速到达指定位置的同时, 有效抑制负载摆动. 最后, 一系列仿真结果证明了所提方法的良好性能.     

基于伪谱法的双摆吊车时间最优消摆轨迹规划策略

在工业生产过程中,桥式吊车系统经常会体现出双摆系统的特性,导致更多欠驱动状态量的出现,增大控制难度.基于此,论文提出了一种针对双摆桥式吊车系统的时间最优轨迹规划方法,可以得到全局时间最优且具有消摆能力的轨迹.具体而言,为方便地构造以时间为代价函数的优化问题,首先对系统运动学模型进行相应的变换;在此基础上,考虑包括两级摆角及台车速度和加速度上限值在内的多种约束,构造出相应的优化问题;然后,利用高斯伪谱法(Gauss-pseudospectral method, GPM)将该带约束的优化问题转化为更易于求解的非线性规划问题,且在转化过程中,可以非常方便地考虑轨迹约束.求解该非线性规划问题,即可得到时间最优的台车轨迹.不同于已有的大多数方法,该方法可获得全局时间最优的结果.最后,通过仿真与实验结果验证了这种时间最优轨迹规划方法具有满意的控制性能.     

起重机升降运动系统自适应Backstepping控制研究

通过分析起重机升降运动系统各组成部分的关联关系,建立了起重机升降运动系统数学模型,从而将电动机的运动状态和负载的运动状态有效地统一起来;以该模型为基础,将负载运动位置作为控制变量,采用自适应Backstepping控制策略设计了一种起重机升降运动系统负载位置控制器。仿真结果表明,该控制器具有较快的响应速度和较小的跟踪误差,能够有效抑制负载突变和参数摄动的影响,具有良好的鲁棒性。     

三菱A700系列变频器的设计与应用——第7讲 塔机起升电机的制动控制

目前在塔机起升电机中已经开始采用变频器进行控制,它具有速度的平滑过渡,对机构和结构件无冲击,提高了塔机的运行安全性,同时又能进行节能。本文介绍了A700变频器在塔机起升电机中实施控制并解决了制动问题,达到并超越了原先的控制性能。     

伴有初始负载摆角的桥式起重机能量防摆控制

桥式起重机是一种广泛应用的大型搬运设备,在实际工作过程中,台车运动时会产生伴有初始负载摆角的负载摆动,影响工作效率并带来安全隐患.针对这种情况,设定期望的台车误差轨迹和摆角误差轨迹,将桥式起重机动力学模型转换为误差跟踪动力学模型,提出一种基于能量分析方法的桥式起重机防摆控制策略.通过LaSalle不变性原理和Lyapunov方法对闭环系统的稳定性进行理论分析.仿真与实验结果表明,所提防摆控制方法的控制性能几乎不受初始负载摆角的影响,可以保证桥式起重机在无初始负载摆角和带有初始负载摆角的情况下都能取得良好的控制效果,能够驱动台车准确到达目标位置,有效抑制并快速消除负载摆角,同时对外部扰动具有很强的鲁棒性.     

起重机械起升机构安全保护装置的设计

设计一种起重机械安全生产保护装置。该装置能够记录起重机械制动器的制动过程,分析所记录的数据得出制动器的性能参数,实现起重机械生产过程中制动器实时数据的监测。同时该装置还可实现起升电动机温度检测和起升速度的监测,能够对事故起到早期预警和制止事故发生的作用,从而降低生产过程中起重机事故率。     

900 t 移梁机结构有限元仿真分析

为保证900 t 移梁机的作业安全,利用ANSYS 有限元软件建立移梁机整体空间模 型,基于作业工况进行有限元分析。介绍了900 t 移梁机的结构组成、功能特点和作业工况,提 出了移梁机有限元模型的建模原则与方法。结合各种作业工况进行移梁机有限元仿真分析,得到 不同工况下等效应力和结构变形云图,并将仿真计算结果与试验数据进行了对比分析。结果表明, 利用上述建模原则得到的有限元仿真分析结果与试验数据较为吻合。最后分析了个别有限元结果 与试验数据存在偏差的原因。研究结果可为移梁机的设计制造提供借鉴指导。