CN111196560B - 桥式起重机危险区域范围动态调整方法及*** - Google Patents

桥式起重机危险区域范围动态调整方法及*** Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法及***，基于角度约束的MPC算法控制方案，获取桥式起重机在小摇摆情况不同速度下的危险区域范围；重复多次，获取一组不同速度下对应的危险区域范围面积的数据，并在坐标图中表示；将获得的数据组利用最小二乘法多项式曲线拟合方法，构造解析函数，使在原离散点上尽可能接近给定的值；基于所述解析函数，结合桥式起重机正常运行过程中的实时运行速度，实时计算危险区域范围面积。本公开实现了在天车正常运行中桥式起重机可以实时获得危险区域范围面积，通过危险区域范围面积可以使起式起重机规划出更加高效的运行路径，最终实现最优路径避障。

Description

桥式起重机危险区域范围动态调整方法及***
技术领域
本公开属于桥式起重机危险区域范围动态调整技术领域，涉及一种基于MPC(Model Predictive Control模型预测控制)的桥式起重机危险区域范围动态调整方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着工业的快速发展，桥式起重机在现代化生产过程中扮演越来越重要的角色，因此对桥式起重机控制过程中的危险区域范围动态调整机制的要求也越来越高。目前大部分工厂都是通过工作人员来操作桥式起重机搬运物体，有时可能会因为工作人员的操作能力不足导致桥式起重机搬运的物体与工厂内其他重要设备碰撞。在整个过程中工人的劳动强度大、效率低、安全系数也不高。尤其是在障碍物较多，环境比较复杂的工作环境，很难找到一个低成本且经验丰富的技术人员来降低桥式起重机碰撞的概率。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法及***，本公开可以实时获得桥式起重机运行过程的危险区域范围。通过每一个瞬间获得的负载危险区域范围，实时规划起重机的运动轨迹。相比于目前大部分天车控制方案，很大程度上保障了起重机可以更加安全高效的将负载搬运到指定位置。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，包括以下步骤：
(1)基于角度约束的MPC算法控制方案，离线获取桥式起重机不同速度下的最大停止距离；
(2)重复多次，获取一组不同速度下的对应的危险区域范围最大停止距离数据，并在坐标图中表示；
(3)将获得的数据组利用最小二乘法多项式曲线拟合方法，构造解析函数，使在原离散点上尽可能接近给定的值；
(4)基于所述解析函数，结合桥式起重机正常运行过程中的实时运行速度，实时计算危险区域范围面积。
作为可选择的实施方式，所述步骤(1)中，利用MPC控制方案使桥式起重机在一定负载摆动角度加速移动，当天车达到目标速度时，记录此时位移x1，再利用MPC控制方案控制桥式起重机小摇摆快速停下来，记录此时位移x2，此时速度下最大停止距离等于d＝x2-x1。
作为可选择的实施方式，所述步骤(2)中，反复进行步骤(1)，离线测量出速度在一定范围内，设定间隔的最大停止距离；
或，在每一个速度下进行多次测量，获得一组最大停止距离，然后进行滤波去除异常点；具体的滤波方法：将这组数据从小到大排列，取中间值x，如果这组数据中有大于1.5倍x的点，则将其视为异常点，并将其删除，达到过滤异常点的效果。
作为可选择的实施方式，将获得的数据利用最小二乘法多项式曲线拟合原理，利用已知离散点上的数据集，即已知在点集上的函数值，构造一个解析函数，使坐标图中的原离散点上尽可能接近给定的值。
作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，在得到危险区域范围面积的解析函数f(x)之后，在桥式起重机正常运行过程中，通过实时读取天车运行速度v，计算天车的实时危险区域范围面积d＝f(v)。
作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，实时危险区域范围面积的计算过程包括：
根据实际情况获取负载的长l；宽w；高h和膨胀系数k，危险区域范围的面积S＝(l*(1+k)+d)*w*(1+k)。
一种桥式起重机危险区域范围动态调整***，包括：
基于MPC算法的最大停止距离获取模块，被配置为基于角度约束的MPC算法控制方案，获取桥式起重机在小摇摆情况不同速度下的危险区域范围，重复多次，获取一组不同速度下对应的危险区域范围面积的数据，并在坐标图中表示；
解析函数构建模块，被配置为将获得的数据组利用最小二乘法多项式曲线拟合方法，构造解析函数，使在原离散点上尽可能接近给定的值；
计算模块，被配置为基于所述解析函数，结合桥式起重机正常运行过程中的实时运行速度，实时计算危险区域范围面积。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开实现了在天车正常运行中桥式起重机可以实时获得危险区域范围面积，通过危险区域范围面积可以使起式起重机规划出更加高效的运行路径，最终实现最优路径避障。
本公开在计算安全面积时，将桥式起重机的搬运物体的防摇性放在首要指标，在保障防摇指标后可以有效避免负载在改变运行路径时因摇摆造成的碰撞损失。桥式起重机的危险区域范围动态调整机制可以有效降低操作员工的技术难度，也为安全操作提供了一层重要的保障。同时降低了桥式起重机的操作难度，提高了运输效率，降低了劳动力成本。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是最大停止距离数据集坐标图；
图2是解析函数示意图；
图3(a)-(e)是本公开的效果示意图；
图4是MPC控制方案流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种桥式起重机危险区域范围动态调整机制。该机制可以实时获得桥式起重机运行过程的危险区域范围。通过每一个瞬间获得的负载危险区域范围，实时规划起重机的运动轨迹。相比于目前大部分天车控制方案，很大程度上保障了起重机可以更加安全高效的将负载在小摇摆的条件下搬运到指定位置。
具体包括以下步骤：
1：离线获取满足负载小摇摆条件情况不同速度下的危险区域范围
利用MPC控制方案使桥式起重机在小摇摆情况下加速移动，当天车达到目标速度时，记录此时位移x1，再利用MPC控制方案控制桥式起重机小摇摆快速停下来，记录此时位移x2。此时速度下最大停止距离d＝x2-x1。
2：获取最大停止距离数据集
反复利用步骤1，离线测量出速度在0.01m/s2到0.5m/s2，测量间隔为0.01m/s2，获取一组不同速度下对应的最大停止距离的一组数据，其坐标图体现如图1所示。
3：得到危险区域范围的解析函数
将方法二获得的数据利用最小二乘法多项式曲线拟合原理，利用已知离散点上的数据集，即已知在点集上的函数值，构造一个解析函数(其图形为一曲线)使在原离散点上尽可能接近给定的值。如图2所示。
4：实时计算出危险区域范围面积
在得到危险区域范围面积的解析函数f(x)之后，在桥式起重机正常运行过程中，通过实时读取天车运行速度v，计算天车的实时危险区域范围面积d＝f(v)。
作为可选择的实施方式，所述步骤(4)中，实时危险区域范围面积的计算过程包括：
根据实际情况获取负载的长l；宽w；高h和膨胀系数k，危险区域范围的面积S＝(l*(1+k)+d)*w*(1+k)。
上述方案实现了在天车正常运行中桥式起重机可以实时获得危险区域范围面积，通过危险区域范围面积可以使起式起重机规划出更加高效的运行路径，最终实现最优路径避障。
在计算安全面积时，将桥式起重机的搬运物体的防摇性放在首要指标，在保障防摇指标后可以有效避免负载在改变运行路径时因摇摆造成的碰撞损失。利用图3(a)-(e)动图截取得到的图片来表示表示天车在运动10m使5个不同时刻的危险区域范围面积。黑色正方形表示设备实际长和宽的大小，浅色为膨胀范围，外框表示危险区域范围，本部分只考虑了一维的情况，多维道理相同，x、y、z在运行的时候相互影响可以忽略不计。可以看出桥式起重机的危险区域范围动态调整机制可以有效降低操作员工的技术难度，也为厂内安全提供了一层重要的保障。同时降低了桥式起重机的操作难度，提高了运输效率，降低了劳动力成本。
还提供以下产品实施例：
一种桥式起重机危险区域范围动态调整***，包括：
基于MPC算法的最大停止距离获取模块，被配置为基于角度约束的MPC算法控制方案，获取桥式起重机在小摇摆情况不同速度下的危险区域范围，重复多次，获取一组不同速度下对应的危险区域范围面积的数据，并在坐标图中表示；
解析函数构建模块，被配置为将获得的数据组利用最小二乘法多项式曲线拟合方法，构造解析函数，使在原离散点上尽可能接近给定的值；
计算模块，被配置为基于所述解析函数，结合桥式起重机正常运行过程中的实时运行速度，实时计算危险区域范围面积。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法的步骤。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)基于角度约束的MPC算法控制方案，离线获取桥式起重机不同速度下的最大停止距离；
(2)重复多次，获取一组不同速度下的对应的危险区域范围最大停止距离数据，并在坐标图中表示；
(3)将获得的数据组利用最小二乘法多项式曲线拟合方法，构造解析函数，使在原离散点上尽可能接近给定的值；
(4)基于所述解析函数，结合桥式起重机正常运行过程中的实时运行速度，实时计算危险区域范围面积。
2.如权利要求1所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，其特征是：所述步骤(1)中，利用MPC控制方案使桥式起重机在负载摆动角度在2度以内加速移动，当天车达到目标速度时，记录此时位移x1，再利用MPC控制方案控制桥式起重机小摇摆快速停下来，记录此时位移x2，此时速度下最大停止距离等于d＝x2-x1。
3.如权利要求1所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，其特征是：所述步骤(2)中，反复进行步骤(1)，离线测量出速度在一定范围内，设定间隔的一组数据。
4.如权利要求1所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，其特征是：所述步骤(2)中，在每一个速度下进行多次测量，获得一组最大停止距离，然后进行滤波去除异常点；具体的滤波方法：将这组数据从小到大排列，取中间值x，如果这组数据中有大于1.5倍x的点，则将其视为异常点，并将其删除，达到过滤异常点的效果。
5.如权利要求1所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，其特征是：将获得的数据利用最小二乘法多项式曲线拟合原理，利用已知离散点上的数据集，即已知在点集上的函数值，构造一个解析函数，坐标图中的原离散点上尽可能接近给定的值。
6.如权利要求1所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法，其特征是：所述步骤(4)中，在获得到危险区域范围面积的解析函数f(x)之后，在桥式起重机正常运行过程中，通过实时读取天车运行速度v，计算天车的实时危险区域范围面积d＝f(v)。
7.一种桥式起重机危险区域范围动态调整***，其特征是：包括：
基于MPC算法的最大停止距离获取模块，被配置为基于角度约束的MPC算法控制方案，离线获取桥式起重机在小摇摆情况不同速度下的危险区域范围，重复多次，获取一组不同速度下对应的危险区域范围面积的数据，并在坐标图中表示；
解析函数构建模块，被配置为将获得的数据组利用最小二乘法多项式曲线拟合方法，构造解析函数，使在原离散点上尽可能接近给定的值；
计算模块，被配置为基于所述解析函数，结合桥式起重机正常运行过程中的实时运行速度，实时计算危险区域范围面积。
8.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法的步骤。
9.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种桥式起重机危险区域范围动态调整方法的步骤。
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