橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法
【專利摘要】一種橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，包括：1：利用離線最短時間規(guī)劃方法輸入大量L,vmax,θmax,amax生成相應(yīng)組數(shù)的Tup和xup構(gòu)建加速階段數(shù)據(jù)庫，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算出回歸模型及參數(shù)；2.利用觸摸屏輸入一組參數(shù)L0,vmax0,θmax0,ξmax0,xf，其中L0,vmax0,θmax0,ξmax0作為回歸模型輸入，計(jì)算得到加速階段時間以及加速段運(yùn)動軌跡3.如果生成三個階段軌跡加速階段、勻速階段和減速階段4.如果時，軌跡只有加速階段和減速階段；5.如果令vmax0＝vmax0/2，轉(zhuǎn)到步驟3；結(jié)束。本發(fā)明能夠在最短時間條件、最大擺角等條件限制下，實(shí)現(xiàn)橋式吊車的實(shí)時防擺軌跡生成。
【專利說明】
橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)自動化領(lǐng)域，特別是涉及橋式吊車的最短時間防擺軌跡實(shí)時生成 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，橋式吊車是一種十分典型的工程機(jī)械，它廣泛的用于建筑業(yè)、制造業(yè)、 港口業(yè)來運(yùn)輸各種各樣的負(fù)載。伴隨著高端工業(yè)自動化的快速發(fā)展，橋式吊車在實(shí)際應(yīng)用 中被提出更高的要求，橋式吊車通過吊繩帶動實(shí)現(xiàn)負(fù)載運(yùn)輸。由于其特殊的機(jī)械構(gòu)造，同時 實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度和抗擺角兩項(xiàng)指標(biāo)總是相矛盾。
[0003] 當(dāng)前，為了實(shí)現(xiàn)橋式吊車系統(tǒng)的快速安全操作，橋式吊車操作工人需要接受很長 時間的培訓(xùn)，并在操作過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以及吸取各種教訓(xùn)。具體在操作過程中，工人需 要利用他們的經(jīng)驗(yàn)并通過肉眼的觀測來估計(jì)負(fù)載的位置與擺角大小，然后選擇合理的動作 序列來有效抑制負(fù)載的擺動。但依靠人工很難在時間約束、擺角約束等條件下，實(shí)現(xiàn)最快到 達(dá)預(yù)定位置。
[0004] 伴隨著科技水平的快速發(fā)展，研究者們提出了許多吊車的反饋控制和軌跡規(guī)劃方 法。為了解決擺角和運(yùn)輸速度之間的矛盾，張雪波等[1]提出了一種利用凸優(yōu)化的最短時間 軌跡規(guī)劃，但這種方法是一種離線方法，需要耗時比較長的時間。其他研究者們[2][3]提出 了一些實(shí)時軌跡方法，但它們不能保證在復(fù)雜約束條件下的最短時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，能夠解決原 有理論與技術(shù)存在的不足，很好的實(shí)現(xiàn)在最短時間條件下實(shí)時軌跡規(guī)劃。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在借鑒前人的基礎(chǔ)上提出使用機(jī)器學(xué)習(xí)回歸的方法， 根據(jù)訓(xùn)練完成回歸模型，將觸摸屏輸入裝置設(shè)置的參數(shù)輸入到回歸網(wǎng)絡(luò)模型中計(jì)算出實(shí)時 軌跡，避免了傳統(tǒng)的查表方式占用內(nèi)存過大的缺點(diǎn)，從而此項(xiàng)發(fā)明可以在DSP控制板上實(shí) 現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，用于人工操作員（1)通過現(xiàn)有的 觸摸屏遙控操作系統(tǒng)(2)來遠(yuǎn)程控制吊車(3)進(jìn)行水平運(yùn)動，該方法的具體步驟如下：
[0009]第1、通過橋式吊車的觸摸屏遙控操作系統(tǒng)設(shè)置輸入?yún)?shù)的值，控制吊車沿已建立 坐標(biāo)系x方向水平運(yùn)動，其中，觸摸屏遙控操作系統(tǒng)的界面組成包括數(shù)字虛擬鍵盤(6);
[0010] 所述坐標(biāo)系中的x方向指沿水平方向向右，z方向垂直向下，y方向可由右手定則得 到(如圖2中所示）；
[0011] 輸入?yún)?shù)包括:最大擺角0max、最大速度Vmax、最大加速度 amax、繩長L和目標(biāo)運(yùn)送位 置xf(5);具體而言，最大擺角0max是用戶設(shè)定的吊車?yán)|繩允許的最大擺角，最大速度v max是 用戶設(shè)定的吊車的最大水平運(yùn)動速度，最大加速度amax是用戶設(shè)定的最大運(yùn)動加速度，繩長 L是吊車?yán)|繩頂端到負(fù)載重心的長度，運(yùn)送目標(biāo)位置xf是用戶設(shè)定的吊車運(yùn)行到目標(biāo)坐標(biāo) 位置；
[0012]第2、令q=[x v 0 e]T為橋式吊車的狀態(tài)向量，其中x表示橋式吊車運(yùn)送位置、v表 示橋式吊車運(yùn)行速度、9表示負(fù)載擺動角度、e表示負(fù)載擺角速度，橋式吊車從起始狀態(tài)q〇 = [0 0 0 0]T到運(yùn)送目標(biāo)狀態(tài)qf=[Xf 0 0 0]T的過程中，生成的最短時間防擺軌跡經(jīng)過二個 階段或三個階段一一加速階段、勻速階段和減速階段，其中勻速段不存在時即為二個階段， 具體由算法判斷，加速階段與減速階段的速度相互對稱，其中加速階段實(shí)時規(guī)劃通過如下 步驟得到：
[0013] 第2.1、利用離線最短時間軌跡規(guī)劃方法生成不同參數(shù)設(shè)置下的大量離線規(guī)劃數(shù) 據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫；
[0014] 第2.2、根據(jù)第2.1步構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建回歸模型并且訓(xùn)練模 型參數(shù)；
[0015] 第2.3、利用第2.2步得到的回歸模型，進(jìn)行實(shí)時加速階段軌跡規(guī)劃，利用得到的加 速階段軌跡，根據(jù)位置對稱可以得到減速階段的位置軌跡。
[0016] 其中，第2.1步所述的加速階段實(shí)時規(guī)劃實(shí)現(xiàn)步驟中構(gòu)建數(shù)據(jù)庫具體步驟如下： [0017]對系統(tǒng)參數(shù)包括繩長L，最大運(yùn)動速度v腹，最大加速度a繼，最大允許擺角0 max在用 戶設(shè)定的可能范圍內(nèi)進(jìn)行均勾采樣，即LG {Li，L2......Lm}，VmaxG {vmaxl，Vmax2......Vmaxn}, 9max G { 0maxl，0max2......9maxp }，Elmax G { amaxl，Elmax2......Elmaxq }，中HI X n X p X 力[J 又寸L， Vmax，amax，0max采樣點(diǎn)的個數(shù)，由用戶設(shè)定。利用上述采樣點(diǎn)，生成m X n X p X q組參數(shù)組合。對 于每一組參數(shù)，設(shè)定加速階段初始狀態(tài)為qo=[0 0 0 0]T，加速階段終止?fàn)顟B(tài)為v = Vmax，0 = 〇，e = 〇，使用離線最短時間規(guī)劃算法，計(jì)算加速階段軌跡運(yùn)行時間TUP(L，Vmax，0max，a max)和運(yùn) 行軌跡1(1^1!1￡?，9111￡?，3111￡?，1：)，1：￡[0，1'11 1)]。因此，共生成111\11\口\9條加速階段軌跡以及對 應(yīng)的加速時間，以此作為加速階段數(shù)據(jù)庫。
[0018] 第2.2步所述構(gòu)建回歸模型具體步驟如下：
[0019] 將計(jì)算的1!1\11\卩\9組數(shù)據(jù)1，￥11^，911^，&1^，叉（1，￥1^，911^，&11^，1:)，1：￡[0，1'叩]， Tup(L, Vmax, Qmax，amax)歸一化至[-0 . 5，0.5 ]區(qū)間，再將歸一化后的L，Vmax，〇max，amax作為機(jī)器學(xué) 習(xí)算法的輸入，歸一化后的X ( L，Vmax，0max，amax，t)，tG[0，Tup]，Tup(L, Vmax，0max，amax)作為機(jī) 器學(xué)習(xí)算法的輸出，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建回歸模型并訓(xùn)練模型參數(shù)，得到加速階段時間 以及加速階段軌跡的回歸模型^ ^此 aiC,: f e [0:，匕]，其中用 上標(biāo)'來表示回歸模型的輸出。
[0020] 進(jìn)行整體最短時間防擺軌跡的實(shí)時軌跡規(guī)劃具體步驟如下：
[0021] ①首先利用觸摸屏遙控操作系統(tǒng)在觸摸屏上人工輸入一組參數(shù)LQ，VmaxQ，0maxO， amaxQ，將其作為以上所述訓(xùn)練完畢的回歸模型的輸入，計(jì)算該組參數(shù)對應(yīng)的加速階段時間 ，Vmax ，^mx,0 .，0 )以及加速階段運(yùn)動軌跡(A, ^max 0? ^max 0， e[0.r"J ；
[0022] ②如果 Vniax：Q 5' 0 > ^rnaxG ? )< x,. / 2，則最短時間防擺軌跡生成三段軌跡，即 加速階段、勻速階段和減速階段;實(shí)時軌跡規(guī)劃具體步驟如下：
[0023] a )、加速階段實(shí)時軌跡既是步驟①中計(jì)算的加速階段運(yùn)動軌跡 ?^(;VmxO，《iaxO，amaxO,0,f €[0,4。]和加速階段時間之，并 設(shè)^?0-氣；!(五〇*^114*。.*見1?.〇..，^?。..，^1/1〇.);
[0024] =-V +vmnlJ X(f -TJJ el7；〇,ral +7；.J：,. 運(yùn)行時間t = (x; - 2 x i_) / v-，并設(shè)' =i(4, v腿。，L。,~以,匕
[0025] c)、減速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:其與加速階段對稱，減速階段運(yùn)行時間與加速階 段運(yùn)行時間長短相同之。=L(Vvmax。凡 axt)，《_。）=七。。減速階段運(yùn)行軌跡與加速階 段運(yùn)/1丁軌跡對利、對工〇，1?咖){〇，6^飄(),《3腿 ()，〇=:^/-*^(1<()，111斑。，6^軀 ()，〇!咖。，2\7^〇+71.補(bǔ)-[) ^心。+ ^，2><7^+：^。];結(jié)束；
[0026] ③如果。，:^u) = / 2時，軌跡只有加速階段和減速階段；實(shí)時 軌跡規(guī)劃具體步驟如下：
[0027] a)、加速階段實(shí)時軌跡與步驟②中a)相同；
[0028] b)、減速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:其與加速階段對稱，減速階段運(yùn)行時間與加速階 段運(yùn)行時間長短相同= t ) = to，減速階段運(yùn)行軌跡與加速階段運(yùn)行 軌跡對稱= 2xi_ -4(i：〇 ，Vinax 0，必順 0，"max 0， 2><4，(1-4 ?e[r；n,2xr7fl]； 結(jié)束；
[0029] ④、如果 'Km3x:〇, .> X, / .2'.，'令VmaxQ = V maxCl/2，轉(zhuǎn)到步驟②;結(jié)束。
[0030] 所述觸摸屏遙控操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置可從以下選?。?br>[0031] a)帶有觸摸屏的單片機(jī)開發(fā)板，其通過RS485總線與無線收發(fā)模塊(4)相連，
[0032] b)平板電腦，
[0033] c)智能手機(jī)。
[0034] 所述機(jī)器學(xué)習(xí)的算法包括以下方法：
[0035] a)BP 算法，
[0036] b)SVM 算法，
[0037] c) ELM 算法。
[0038]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：
[0039] 本發(fā)明提供的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法可以實(shí)現(xiàn)在擺角約束下 的實(shí)時最短軌跡規(guī)劃，相對于離線最短時間軌跡規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)了在約束條件下的實(shí)時軌跡 控制；相對于其它利用查表的方法實(shí)現(xiàn)實(shí)時軌跡規(guī)劃，本系統(tǒng)只需儲存回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 有限幾個參數(shù)，比其它實(shí)時方法更節(jié)省內(nèi)存空間，而且可以利用DSP平臺計(jì)算實(shí)時最短時間 防擺軌跡生成;本系統(tǒng)既解決了穩(wěn)定性和最大速度之間的矛盾，又實(shí)現(xiàn)了實(shí)時最短時間軌 跡生成。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法流程圖；
[0041 ]圖2是觸摸屏遙控操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制橋式吊車操作整體示意圖；
[0042] 圖3是觸摸屏遙控操作系統(tǒng)示意圖；
[0043] 圖4是使用離線最短時間防擺規(guī)劃方法流程圖；
[0044] 圖5是訓(xùn)練回歸網(wǎng)絡(luò)模型流程圖；
[0045] 圖6是利用訓(xùn)練完成的回歸模型回歸運(yùn)行軌跡和運(yùn)行時間的流程圖；
[0046] 圖7是利用最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法生成整體運(yùn)行軌跡的流程圖；
[0047]圖8是實(shí)例一加速階段運(yùn)行軌跡圖；
[0048]圖9是實(shí)例一勻速階段運(yùn)行軌跡圖；
[0049] 圖10是實(shí)例一減速階段運(yùn)行軌跡圖；
[0050] 圖11是實(shí)例二加速階段運(yùn)行軌跡圖；
[0051 ]圖12是實(shí)例二減速階段運(yùn)行軌跡圖；
[0052]圖13是加速階段運(yùn)行時間實(shí)際值與預(yù)測值的對比圖；
[0053] 圖14是加速階段L = 2，amax= 1，VmaX= 2，9maX = 0.1時，運(yùn)動軌跡實(shí)際值與預(yù)測值的 對比圖；
[0054] 圖15是加速階段L = 5，amax= 1，vmax = 2，0max = 〇. 1時，運(yùn)動軌跡實(shí)際值與預(yù)測值的 對比圖；
[0055] 圖16是加速階段L = 7，amax= 1，vmax = 2，0max = 〇. 1時，運(yùn)動軌跡實(shí)際值與預(yù)測值的 對比圖；
【具體實(shí)施方式】
[0056] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本 發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0057] 實(shí)施例1
[0058]參考圖1，本發(fā)明提供的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法分為以下三個 步驟，每個步驟具體如下：
[0059] 參見圖2,人工操作員（1)通過現(xiàn)有的觸摸屏遙控操作系統(tǒng)(2)來遠(yuǎn)程控制吊車(3) 進(jìn)行水平運(yùn)動，
[0060] 該方法的具體步驟如下：
[0061] 第1步、通過橋式吊車的觸摸屏遙控操作系統(tǒng)設(shè)置輸入?yún)?shù)的值，控制吊車沿已建 立坐標(biāo)系X方向水平運(yùn)動，參見圖3,輸入?yún)?shù)包括:最大擺角9 max、最大速度Vmax、最大加速度 amax、繩長L、目標(biāo)運(yùn)送位置Xf(5);具體而言，最大擺角0max是用戶設(shè)定的吊車?yán)|繩允許的最 大擺角，最大速度Vm ax是用戶設(shè)定的吊車的最大水平運(yùn)動速度，最大加速度amax是用戶設(shè)定 的最大運(yùn)動加速度，繩長L是吊車?yán)|繩頂端到負(fù)載重心的長度，運(yùn)送目標(biāo)位置Xf是用戶設(shè)定 的吊車運(yùn)行到目標(biāo)坐標(biāo)位置；
[0062] 其中觸摸屏遙控操作系統(tǒng)可以由帶有觸摸屏的單片機(jī)開發(fā)板，其通過RS485總線 與無線收發(fā)模塊(4)相連，或平板電腦，或智能手機(jī)組成；
[0063] 令q=[x v 0 e]T為橋式吊車的狀態(tài)向量，其中x表示橋式吊車運(yùn)送位置、v表示橋 式吊車運(yùn)行速度、0表示負(fù)載擺動角度、e表示負(fù)載擺角速度，橋式吊車從起始狀態(tài)qo=[0 0 0 0]T到運(yùn)送目標(biāo)狀態(tài)qf=[Xf 0 0 0]T的過程中，生成的最短時間防擺軌跡經(jīng)過二個階段 或三個階段一一加速階段、勻速階段和減速階段，其中勻速段不存在時即為二個階段，具體 由算法判斷，加速階段與減速階段的速度相互對稱，其中加速階段實(shí)時規(guī)劃通過如下步驟 得到：
[0064] 第2步利用離線最短時間軌跡規(guī)劃方法生成不同參數(shù)設(shè)置下的大量離線規(guī)劃數(shù) 據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫；
[0065] 所述的構(gòu)建數(shù)據(jù)庫具體步驟如下：
[0066] 第2.1、對系統(tǒng)參數(shù)包括繩長L，最大運(yùn)動速度vmax，最大加速度amax，最大允許擺角 0max在用戶設(shè)定的范圍內(nèi)進(jìn)行均勾采樣，即L= {1，1.1,1.2,1.3......10}，vmax= {0.1，0.2， 0.3……2.5},0max={〇.l,〇.2,〇.3,---. .4}amax={0.1,0.2,0.3……，1 ? 5}，步長均為0 ? 1，其 中m X n X p X q = 90 X 24 X 39 X 14分別為對L，vmax，amax，0max采樣點(diǎn)的個數(shù)。利用上述采樣點(diǎn)， 生成90X24X39X14組參數(shù)組合。對于每一組參數(shù)，設(shè)定加速階段初始狀態(tài)為qo=[0 0 0 0]T，加速階段終止?fàn)顟B(tài)為v = vmax = 2，0 = 0，e = 0，使用離線最短時間規(guī)劃算法，計(jì)算加速階 段軌跡運(yùn)行時間Tup(L，Vmax，0max，amax)和運(yùn)行軌跡X(L，Vm ax，0max，amax，t)，tG [0Tup]，因此，共 生成90 X 24 X 39 X 14條加速階段軌跡以及其對應(yīng)的加速時間，以此作為加速階段數(shù)據(jù)庫。 [0067]第2.2、根據(jù)第2.1步構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建回歸模型并且訓(xùn)練模 型參數(shù);所述構(gòu)建回歸模型具體步驟如下：
[0068]將計(jì)算的90\24\39\14組數(shù)據(jù)1，￥11^，91^，&11^，叉（1，￥1^，91^，&11^，1:)，1：￡[0， Tup ]，Tup ( L，Vmax，9max，amax)歸一化至[-0 . 5，0.5 ]區(qū)間，再將歸一化后的L，Vmax，tax，amax作為 機(jī)器學(xué)習(xí)算法的輸入，歸一化后的 X ( L，Vmax，0max，amax，t )，t G [ 0，Tup ]，Tup ( L，Vmax，0max，amax ) 作為機(jī)器學(xué)習(xí)算法的輸出，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建回歸模型并訓(xùn)練模型參數(shù)，得到加速階 段時間以及加速階段軌跡的回歸模型匕仏^此^^祖)，：^,^^;，/),/^^：^]， 其中用上標(biāo)'來表示回歸模型的輸出。
[0069] 其中機(jī)器學(xué)習(xí)的方法包括以下方法:BP算法或SVM算法或ELM算法；
[0070]第2.3、利用第2.2步得到的回歸模型，進(jìn)行實(shí)時加速階段軌跡規(guī)劃，利用得到的加 速階段軌跡，根據(jù)位置對稱得到減速階段的位置軌跡。
[0071 ]第3步、參見圖7，進(jìn)行最短時間防擺軌跡的實(shí)時軌跡規(guī)劃具體步驟如下：
[0072]①參見圖6,首先利用觸摸屏遙控操作系統(tǒng)在觸摸屏上人工輸入一組參數(shù)Lo=2，Vffiax〇 = 2， 9艇〇=0.1，amx〇= 1，xf=6 ? 5,其中Lo=2，￥麗。=2，9麗。=0 ? 1，&麗。=1，將其作為第2 ? 2步訓(xùn)練完畢的 回歸模型的輸入，計(jì)算該組參數(shù)對應(yīng)的加速階段時間) =148.3064 x錢2=2.9661 以及加速階段運(yùn)動軌跡;?vmax9maxQ，attax。J)如圖8所示；
[0073]②由于2.9803<6.5/2，則最短時間防擺軌跡生成三段軌跡，即加速階段、勻速階 段、減速階段;各階段實(shí)時軌跡規(guī)劃具體步驟如下：
[0074] a)加速段實(shí)時軌跡既是①中計(jì)算的加速階段運(yùn)動軌跡對'J)(如圖8 所示)和加速階段時間= 2,9661，并設(shè)'
[0075] b)勻速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:運(yùn)動軌跡是鄧-'） 如圖 9所示，運(yùn)行時間 7:lsfl = (xy _ 2 x f_) / V-0 = 0.2697 ;
[0076] c)減速階段:實(shí)時規(guī)劃具體步驟:與加速階段對稱，減速階段運(yùn)行時間與加速階段 運(yùn)行時間長短相同乙=2.鄉(xiāng)6:1,減速段運(yùn)行軌跡與加速段運(yùn)行軌 跡對稱f(Lfl，v胃^如圖10所示;結(jié)束；
[0077] 實(shí)施例2
[0078] 建立離線數(shù)據(jù)庫所輸入?yún)?shù)和步驟與實(shí)施例一中的第一步、第二步完全相同；
[0079] 第三步，1 ) ?向觸摸屏輸入L。= 1 ? 2 , Vmax。=2,9mx。=〇 ? 1, amax。= 1 , Xf = 5 ? 6096按照本發(fā) 明方法計(jì)算，計(jì)算出取H ,v_n，如圖11所示，和L ((4，v_fl兒
[0080] 2)由于雄2.8048 = / 2，軌跡只有加速階段和減速階段； 然后；
[0081 ] i .加速階段實(shí)時軌跡與第三步1)相同，雙4 ,?)如圖11所示， t〇 = t(^^-〇^-〇^-〇) = 2.7874 ;
[0082] ii.減速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:與加速階段對稱，減速階段運(yùn)行時間與加速階段 運(yùn)行時間長短相同t。= t，&_) = 2.7874，減速階段運(yùn)行軌跡與加速階段運(yùn)行 軌跡對稱興X0 ^maxO 5 ^max〇. ^^maxO.^ %d 0 )如圖12所示;結(jié)束；
[0083] 為了更加直觀的評價本算法的準(zhǔn)確性，通過觸摸屏輸入許多組參數(shù)L=[l， 1.1，......9.9]amax=l，vmax = 2，0max = 〇. 1，使用本發(fā)明算法計(jì)算加速階段運(yùn)行時間（因?yàn)?加速階段和加速階段對稱，對于性能評價給出加速階段圖形即可），如圖13所示，橫坐標(biāo)為 吊車?yán)K長L，縱坐標(biāo)為加速階段運(yùn)行時間，其實(shí)際值與預(yù)測值擬合誤差很小，最大誤差小于 0. 〇ls;加速階段運(yùn)行軌跡為了更直觀進(jìn)行觀察將三維圖形截取為L = 2, L = 5，L = 7時三個 二維圖形如圖14、15、16所示，其橫坐標(biāo)加速階段運(yùn)行時間，縱坐標(biāo)為加速階段運(yùn)行軌跡，圖 中最大擬合誤差小于〇.〇〇9m;從性能指標(biāo)上評價本發(fā)明達(dá)到了良好的性能，且本發(fā)明所訓(xùn) 練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型僅需訓(xùn)練一次，即可以后應(yīng)用在各類吊車當(dāng)中。
[0084] 參考文獻(xiàn)
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【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，用于人工操作員（1)通過現(xiàn)有的觸 摸屏遙控操作系統(tǒng)(2)來遠(yuǎn)程控制吊車(3)進(jìn)行水平運(yùn)動， 其特征在于:該方法的具體步驟如下： 第1、通過橋式吊車的觸摸屏遙控操作系統(tǒng)設(shè)置輸入?yún)?shù)的值，控制吊車沿已建立坐標(biāo) 系X方向水平運(yùn)動； 輸入?yún)?shù)包括:最大擺角fW、最大速度vmax、最大加速度amax、繩長L和目標(biāo)運(yùn)送位置 ? (5)； 第2、令q=[x V θ ε]τ為橋式吊車的狀態(tài)向量，其中X表示橋式吊車運(yùn)送位置、V表示橋 式吊車運(yùn)行速度、Θ表示負(fù)載擺動角度、ε表示負(fù)載擺角速度，橋式吊車從起始狀態(tài)qQ=[0 O 〇 〇]7到運(yùn)送目標(biāo)狀態(tài)qf=[Xf 〇 〇 〇]7的過程中，生成的最短時間防擺軌跡經(jīng)過二個階段 或三個階段一一加速階段、勻速階段和減速階段，其中勻速段不存在時即為二個階段，具體 由算法判斷，加速階段與減速階段的速度相互對稱，其中加速階段實(shí)時規(guī)劃通過如下步驟 得到： 第2.1、利用離線最短時間軌跡規(guī)劃方法生成不同參數(shù)設(shè)置下的大量離線規(guī)劃數(shù)據(jù)，構(gòu) 建數(shù)據(jù)庫； 第2.2、根據(jù)第2.1步構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建回歸模型并且訓(xùn)練模型參 數(shù)； 第2.3、利用第2.2步得到的回歸模型，進(jìn)行實(shí)時加速階段軌跡規(guī)劃，利用得到的加速階 段軌跡，根據(jù)位置對稱得到減速階段的位置軌跡。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，其特征在于所述 的觸摸屏遙控操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝置從以下選取： a) 帶有觸摸屏的單片機(jī)開發(fā)板，通過RS485總線與無線收發(fā)模塊(4)相連， b) 平板電腦， c) 智能手機(jī)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，其特征在于第2.1 步所述的構(gòu)建數(shù)據(jù)庫具體步驟如下： 對系統(tǒng)參數(shù)包括繩長L，最大運(yùn)動速度Vmax，最大加速度amax，最大允許擺角Qmax在用戶設(shè) 定的范圍內(nèi)進(jìn)行均勾采樣，BPLe {Ll，L2......Lm }，VmaxG { Vmaxl，Vmax2......Vmaxn}，QmaxG { ^maxl , ^max2......^maxp } ,Smax^ { Smaxl , Smax2......Elmaxq }，中111 X Π X P X 力[J 又寸L，Vmax， amax，0max采樣點(diǎn)的個數(shù)，由用戶設(shè)定，利用上述采樣點(diǎn)，生成mX η X p X q組參數(shù)組合，對于每 一組參數(shù)，設(shè)定加速階段初始狀態(tài)為qo=[〇 O O 〇]T，加速階段終止?fàn)顟B(tài)為ν = ν^χ，θ = 〇，ε =〇，使用離線最短時間規(guī)劃算法，計(jì)算加速階段軌跡運(yùn)行時間Tup (L，vmax，0max，amax)和運(yùn)行 軌跡1(1^1!1￡?，9 111￡?，3111￡?，1:)，1：￡[〇1'111)]，因此，共生成111\11\口\9條加速階段軌跡以及對應(yīng) 的加速時間，以此作為加速階段數(shù)據(jù)庫。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，其特征在于第2.2 步所述構(gòu)建回歸模型具體步驟如下： 將計(jì)算的m X η X P X q組數(shù)據(jù)L，Vmax，9max，amax，X ( L，Vmax，9max，amax，t)，te[〇，Tup]，Tup(L， Vmax，9max，amax)歸一化至[-〇 . 5，O . 5 ]區(qū)間，再將歸一化后的L，Vmax，9max，amax作為機(jī)器學(xué)習(xí)算 法的輸入，歸一化后的X(L, Vmax, 0max，amax, t)，t ￡ [〇，Tup]，Tup(L, Vmax, 0max，amax)作為機(jī)器學(xué) 習(xí)算法的輸出，利用機(jī)器受習(xí)卞''法始建同丨網(wǎng)爐#彳川練爐泰=救_ ? ?丨力Π 彳畝階段時間以及 加速階段軌跡的回歸模§ ，其中用上標(biāo)~ 來表示回歸模型的輸出。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，其特征在于所述 的機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括以下方法： a) BP算法， b) SVM算法， c) ELM算法。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法，其特征在于進(jìn)行 最短時間防擺軌跡的實(shí)時軌跡規(guī)劃具體步驟如下： ① 首先利用觸摸屏遙控操作系統(tǒng)在觸摸屏上人工輸入一組參數(shù)Lo，vmaxQ，0maxQ， amax〇，將 其作為權(quán)利要求4訓(xùn)練完畢的回歸模型的輸入，計(jì)算該組參數(shù)對應(yīng)的加速階段時間從及加速階段運(yùn)動軌跡氧^e[0, to]. ? ② 如果i('vmax().化<.τ, /2，則最短時間防擺軌跡生成三段軌跡，即加速 階段、勻速階段和減速段;實(shí)時軌跡規(guī)劃具體步驟如下： a)、加速階段實(shí)時軌跡既是步驟①中計(jì)算的加速階段運(yùn)動軌跡Vliail e[?之,J 和加速階段時間= r^up (-^0 ' ^ maxO ' ^maxQ * ^maxO )，并設(shè)&二々(A) ' ^max 0 , ^max 0' ^max 0' ^upO )' 仏勻速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:運(yùn)動軌跡是禮^此…^,?) = '^ 運(yùn)行時間^ = (χ廣V咖，并設(shè)、=.私。，雕u，a腿= ' c)、減速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:與加速階段對稱，減速階段運(yùn)行時間與加速階段運(yùn)行 時間長短相同^=1(4^_。^_(^_) = 1；/!。，減速階段運(yùn)行軌跡與加速階段運(yùn)行軌跡 對 ^、i(iy〇,vmax0,沒顧。，α臟。，〇 - X, - 順 驅(qū)X 7:邱十/rs〇 - 結(jié)束； ③ 如果i(ZQ,vmK(^max(),amaxC),：^) = X, /2時，軌跡只有加速階段和減速階段;實(shí)時軌跡 規(guī)劃具體步驟如下： a) 、加速階段實(shí)時軌跡與步驟②中a)相同； b) 、減速階段實(shí)時規(guī)劃具體步驟:與加速階段對稱，減速階段運(yùn)行時間與加速階段運(yùn)行 時間長短相同= t(、vmax(^raax(),?maxQ > = &，減速階段運(yùn)行軌跡與加速階段運(yùn)行軌跡 對勒、{(//。,!^腿。，沒腿。，"腿0，,) -2χ·?ψ?-會口 束； ④ 、如果i(Zu, vmaxu, (9max(). amax(), &) > A../ _2，令vmax〇 = vmax〇/2，轉(zhuǎn)到步驟②;結(jié)束。7. 用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述橋式吊車最短時間防擺軌跡實(shí)時生成方法的現(xiàn)有 的觸摸屏遙控操作系統(tǒng)。
【文檔編號】B66C13/06GK105883616SQ201610412189
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】張雪波, 薛瑞杰, 方勇純
【申請人】南開大學(xué)