[发明专利]塔式起重机轨迹规划方法、系统、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了塔式起重机轨迹规划方法及系统，属于轨迹规划技术领域；包括建立塔式起重机动力学模型并分析，确定驱动状态量约束条件和非驱动状态量约束条件；根据包围盒理论和塔式起重机工作空间内的障碍物的信息，获取塔式起重机的防碰撞边界；根据驱动状态量约束条件、非驱动状态量约束条件和防碰撞边界，通过与时间相关的多项式轨迹，获取塔式起重机的运动轨迹以实现对塔式起重机的精确定位、摆动抑制和防碰撞控制。能够有效解决了塔式起重机双摆抑制和防碰撞的控制问题，提高了塔式起重机的系统安全性和工作效率。

技术领域

本申请涉及轨迹规划技术领域，特别是涉及塔式起重机轨迹规划方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

塔式起重机是一种被广泛应用于建筑工地的工程机械。由于本身机械结构的特性，塔式起重机属于典型的以少控多的“欠驱动”机电系统。在塔式起重机的运行过程中，吊臂和台车的加减速运动会引起负载摇摆。这不仅严重影响了吊运作业的效率和定位精度，甚至可能损坏负载，造成生产安全事故。

此外，由于工作环境多变，施工过程复杂，塔式起重机的工作空间中可能会存在建筑物、工程设备等障碍物。因此，对于塔式起重机而言，设计有效的控制策略以抑制负载摆动的同时避开障碍物具有极其重大的意义。

近年来，国内外学者针对塔式起重机系统提出了多种控制方法。发明人发现，尽管塔式起重机控制方法已经取得了长足的进步与发展，但是具有定位与防摆功能的高性能非线性控制方法仍然有一些问题亟待解决。一方面，当吊钩和负载之间使用钢丝绳连接或负载尺寸较大时，会出现吊钩和负载分别摇摆的“双摆”动力学特性，现有技术中，将吊钩和负载等效为单一质点的单摆模型、仅考虑负载摆动的单摆控制方法，无法直接应用于具有“双摆”效应的塔式起重机系统；另一方面，由于物理条件的约束，塔式起重机运行过程中存在执行器饱和的问题，现有技术中，仅考虑了吊臂和台车的加速度、速度的驱动状态量应满足约束条件，未考虑负载和吊钩摇摆角度的非驱动约束条件，无法保证系统运行的安全特性。不仅如此，现有技术也未考虑塔式起重机吊运负载的过程中的防碰撞问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供了一种塔式起重机轨迹规划方法、系统、电子设备和存储介质，基于塔式起重机的吊钩和负载的位置信息，引入一组包含吊臂回转角度，台车变幅位移，吊钩摇摆角度和负载摇摆角度的辅助信号，在充分考虑状态约束和防碰撞条件的基础上，分别使用15阶多项式函数和7阶多项式函数设计了辅助信号和台车位移的轨迹，有效解决了塔式起重机双摆抑制和防碰撞的控制问题。

第一方面，本申请提供了塔式起重机轨迹规划方法；

塔式起重机轨迹规划方法，包括：

建立塔式起重机动力学模型并分析，确定驱动状态量约束条件和非驱动状态量约束条件；

根据包围盒理论和塔式起重机工作空间内的障碍物的信息，获取塔式起重机的防碰撞边界；

根据驱动状态量约束条件、非驱动状态量约束条件和防碰撞边界，通过与时间相关的多项式轨迹，获取塔式起重机的运动轨迹以实现对塔式起重机的精确定位、摆动抑制和防碰撞控制。

第二方面，本申请提供了塔式起重机轨迹规划系统；

塔式起重机轨迹规划系统，包括：

模型获取模块，用于建立塔式起重机动力学模型并分析，确定驱动状态量约束条件和非驱动状态量约束条件；

防碰撞边界获取模块，用于根据包围盒理论和塔式起重机工作空间内的障碍物的信息，获取塔式起重机的防碰撞边界；

轨迹规划模块，用于根据驱动状态量约束条件、非驱动状态量约束条件和防碰撞边界，通过与时间相关的多项式轨迹，获取塔式起重机的运动轨迹以实现对塔式起重机的精确定位、摆动抑制和防碰撞控制。