CN116969331B - 一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机 - Google Patents
一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116969331B CN116969331B CN202311218663.6A CN202311218663A CN116969331B CN 116969331 B CN116969331 B CN 116969331B CN 202311218663 A CN202311218663 A CN 202311218663A CN 116969331 B CN116969331 B CN 116969331B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- point
- assembly
- position information
- lifting platform
- wire rope
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/16—Applications of indicating, registering, or weighing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/18—Control systems or devices
- B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
- B66C13/00—Other constructional features or details
- B66C13/18—Control systems or devices
- B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control And Safety Of Cranes (AREA)
Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明涉及起重机技术领域,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。
背景技术
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。
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。
有鉴于此,提出本申请。
发明内容
有鉴于此,本发明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。
本发明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;
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,具体为:
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/>;
其中,五次多项式规划方程组为:
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;
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/>,具体为:
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;
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:
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;
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。
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。
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。
优选地,所述平台位置采集模块为红外传感器。
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:
设为未知量(X1,Y1,Z1),滑轮质心点为A,得A到/>点距离/>;
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/>;
设滑轮入绳点Q,得Q与点距离/>;
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;
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。
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作用于吊载平台,实现在工作空间中的移动;从而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。
附图说明
图1是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的结构示意图。
图2是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的驱动组件的结构示意图。
图3是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的执行组件的结构示意图。
图4是实施例提供的执行机构运动学模型的数学平面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
请参阅图1至图4,本发明的第一实施例提供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;
具体地,在本实施例中,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。
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。
所述平台位置采集模块可以为红外传感器。
在本实施例中,所述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边长为6m、高度4.295m的等边三棱柱体,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。其中,所述驱动组件由三组断路器、电磁接触器、电抗器、干扰滤波器、伺服驱动器和制动电阻组成,能够有效滤除市电中的杂波和噪声,稳定电路的电压和电流,并防止短路电流对电气器件造成损坏。所述驱动组件的电路连接如图2所示。
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:
S101,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;
具体地,在本实施例中,在人机界面模块中输入目标点坐标或连续的路径点/>坐标,将所述坐标信息/>通过以太网输入与控制器中。
S102,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;
具体地,步骤S102包括: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/>;
其中,五次多项式规划方程组为:
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。
具体地,在本实施例中,所述控制器的位置计算就接收到的人机界面坐标信息,与当前吊载平台所在的轨迹初始位置信息/>做位置计算。位置计算,可输出轨迹初始位置点/>到目标点或路径点/>间每一时刻点所对应的理想位置信息/>。在机器中,吊载平台的移动它在微观中不是连续的一条线,而是通过在极短的时间内走过一个一个点,在宏观上感觉是一个连续的动作,因此在控制上也是在极短的时间内输出一个又一个的坐标点让机器快速执行,形成宏观上的移动。假设在起点与目标点用直线连起来,且将其离散成均匀的无数个点,每个点都拥有自己的坐标(x,y,z)值,我们使用同样的极短时间走过每个小点,这样就是匀速运动。匀速运动中的起始与停止点不是从零缓慢加上去的,而是阶跃的,这样就会造成冲击。
为实现吊载过程平稳性,采用五次多项式的轨迹规划方法,对当前位置点到目标点或路径点的这段路程中加入速度与加速度控制,让起始和停止不出现冲击现象。其根本思想就是,在同样极短的时间内走过两个微观离散点的距离是不同的,在起始与停止时,同样极短的时间走过距离比较短,速度就比较慢,中间段时同样极短的时间走过距离比较长,速度就比较快。为实现速度与加速度规划并输出,建立五次多项式方程输入真实时间t即可得出对应时刻下的离散点位置,即每一时刻点所对应的理想位置信息。
五次多项式规划方程组如下所示:
首先,设置起始时刻t为0,位置为当前点坐标,设置停止时间为
其中,为目标点或连续点坐标,即所述坐标信息,/>为轨迹初始位置坐标,即所述吊载平台的轨迹初始位置点,/>为机器最大运行速度,pi为防过速系数。
设置起始、停止速度和加速度为0,即、/>、/>、/>、/>、/>为0,包含已知起始与停止点的时间和位置,共18个已知条件,带入上述五次多项式中可解得常数/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>。
将解得常数带入五次多项式
变量为时间t,即可得出每一t时刻下理想位置信息。
S103,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/>;
具体地,步骤S103包括: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。
具体地,在本实施例中,位置闭环采用红外传感器检测当前实时位置,控制律上采用PID做位置闭环控制,保证位置精度。
PID控制律如下:
其中为输入到控制器中的时刻控制位置信息/>,/>为/>,/>为比例系数,/>为积分系数,/>为微分系数,通过多次测试调定其/>、/>、/>系数,实现位置精度。
S104,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/>;
具体地,步骤S104包括: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。
具体地,在本实施例中,设减速卷扬机减速比为i,半径为r可得转速,其中,/>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,其中,/>为雅可比矩阵。通过以上计算方式,带入/>实际值可得,三台伺服电机时刻转速。
请参阅图4,具体地,在本实施例中,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:
设为未知量(X1,Y1,Z1),滑轮质心点为A,得A到/>点距离/>;
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/>;
设滑轮入绳点Q,得Q与点距离/>;
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;
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。
在本实施例中,控制计算接收时刻控制位置信息,输出转速控制信号/>。控制计算需建立执行机构运动学模型,建立如下:
设为未知量(X1,Y1,Z1),滑轮质心点为A,得A到/>点距离
设滑轮半径R,得滑轮出绳点C与点距离
得滑轮C点与点夹角/>
设滑轮入绳点Q,得Q与点距离
由余弦定理得滑轮Q点与点夹角
得滑轮Q点与C点弧长
可得Q点至点绳长/>
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。
S105,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;
具体地,在本实施例中,所述驱动组件接收来自所述控制器的转速信息与当前时刻转速信息做PID转速闭环控制,控制率同理步骤S103。其中,所述驱动组件由三组断路器、电磁接触器、电抗器、干扰滤波器、伺服驱动器和制动电阻组成,能够有效滤除市电中的杂波和噪声,稳定电路的电压和电流,并防止短路电流对电气器件造成损坏。调定驱动***中伺服驱动器的、/>、/>参数,可实现三台伺服电机耦合执行。
S106,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。
具体地,在本实施例中,三台伺服电机受驱动器控制,驱动减速卷扬机收放钢丝绳实现吊载平台在工作空间移动。
综上,所述五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机采用并联结构实现高负载、灵活吊载,使用人机界面做信息交互,采用五次多项式轨迹规划法对运行轨迹速度与加速度进行规划,建立控制***实现快速、平稳、无冲击吊载,采用位置、转速双闭环控制实现精准控制。所述五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机具有机构质量降低,负载能力增强,负重比高,可在三个自由度上进行灵活控制;采用人机界面输入位置或连续点坐标实现定点或连续点运动,操作简单便捷;采用五次多项式轨迹规划进行轨迹速度、加速度规划实现高速、平稳、无冲击吊载,作业稳定性好,效率高;以及采用位置、速度双闭环控制,可实现毫米级精度吊载的优点。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
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,具体为:
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/>;
其中,五次多项式规划方程组为:
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;
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/>,具体为:
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;
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:
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;
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。
4.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,所述平台位置采集模块为红外传感器。
5.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,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:
设为未知量(X1,Y1,Z1),滑轮质心点为A,得A到/>点距离/>;
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/>;
设滑轮入绳点Q,得Q与点距离/>;
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;
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311218663.6A CN116969331B (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311218663.6A CN116969331B (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116969331A CN116969331A (zh) | 2023-10-31 |
CN116969331B true CN116969331B (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=88477029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311218663.6A Active CN116969331B (zh) | 2023-09-21 | 2023-09-21 | 一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116969331B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101250888A (zh) * | 2007-02-21 | 2008-08-27 | 神钢建设机械株式会社 | 旋转控制装置及设有该装置的作业机械 |
JP2008273682A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Sintokogio Ltd | 搬送方法およびこの方法を実施する搬送手段の制御システム |
CN104555733A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-29 | 中联重科股份有限公司 | 吊重摆动控制方法、设备、***以及工程机械 |
CN104909273A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-16 | 华电重工股份有限公司 | 抓斗卸船机及其驱动方法和装置 |
CN111196557A (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-26 | B和R工业自动化有限公司 | 用于补偿可振动的技术***的振动的方法和振动调节器 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10759519B2 (en) * | 2017-10-31 | 2020-09-01 | The Boeing Company | Adaptive feedback control of force fighting in hybrid actuation systems |
-
2023
- 2023-09-21 CN CN202311218663.6A patent/CN116969331B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101250888A (zh) * | 2007-02-21 | 2008-08-27 | 神钢建设机械株式会社 | 旋转控制装置及设有该装置的作业机械 |
JP2008273682A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Sintokogio Ltd | 搬送方法およびこの方法を実施する搬送手段の制御システム |
CN104555733A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-29 | 中联重科股份有限公司 | 吊重摆动控制方法、设备、***以及工程机械 |
CN104909273A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-16 | 华电重工股份有限公司 | 抓斗卸船机及其驱动方法和装置 |
CN111196557A (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-26 | B和R工业自动化有限公司 | 用于补偿可振动的技术***的振动的方法和振动调节器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116969331A (zh) | 2023-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN201358142Y (zh) | 伸缩臂起重机自动控制*** | |
Lee | Modeling and control of a three-dimensional overhead crane | |
CN110228754B (zh) | 一种自适应速度规划的工业吊车控制方法及*** | |
CN101973489A (zh) | 带有图像传感器的双起升桥吊控制***及控制方法 | |
CN108584700B (zh) | 起重机自适应pid闭环防摇控制方法 | |
CN102059699A (zh) | 三自由度混合驱动柔索并联机器人控制装置及方法 | |
CN108032290A (zh) | 一种具有双伺服同步运动的桁架装置 | |
CN102536103A (zh) | 一种臂架回收的控制方法、控制装置、控制***及车辆 | |
KR20080040624A (ko) | 크레인에서 위치설정을 향상시키고 케이블의 흔들림을감소시키는 데에 적용되는 다중상태 제어를 위하여 피드백및 명령이 조합된 쉐이핑 제어기 | |
WO2023179583A1 (zh) | 一种抑制抓斗摇摆的控制方法、装置、设备及存储介质 | |
CN111422739A (zh) | 一种基于视觉技术的桥式起重机电子防摇方法 | |
CN116969331B (zh) | 一种五次多项式平滑自定义轨迹精度并联起重机 | |
SE506569C2 (sv) | Metod och anordning vid rörelsekorrektion och positionering av en upphängningsanordning | |
CN102175442A (zh) | 一种双起升双吊具桥吊模拟试验*** | |
CN108115666A (zh) | 新型码垛机械手 | |
CN117886226B (zh) | 基于平坦输出的吊车***非线性控制方法及*** | |
Omar et al. | Autonomous overhead crane system using a fuzzy logic controller | |
CN113044715B (zh) | 无冲击切换的双摆起重机随机位置定位防摇控制方法 | |
CN112091946B (zh) | 一种上置式多自由度绳驱并联机器人 | |
CN106002985A (zh) | 搬运码垛伺服机械手臂 | |
CN102701076A (zh) | 六自由度起重吊装协作柔索并联构型装备控制装置及方法 | |
CN114572828A (zh) | 细长型负载垂直起吊过程的非奇异终端滑模防晃控制方法 | |
Samin et al. | Comparative assessment of anti-sway control strategy for tower crane system | |
CN111392591B (zh) | 一种桥式起重机嵌入式防摇方法 | |
CN105984812B (zh) | 基于交流伺服控制的机械助力臂及其操控方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |