橋式起重機智能運行系統及路徑規劃研究

焦來文

（蕪湖市長江起重設備制造有限公司，安徽 蕪湖 241080）

橋式起重機在物料搬運的時候有廣泛應用。從在巴黎誕生的第一臺起重機開始，起重機經歷了多次的演變和發展，隨著現代科學技術水平的提升，起重機無論是在結構設計方面還是在具體的制造工藝方面，都發生了顯著的變化。橋式起重機的基本構成是主梁、端梁、電纜滑架、電氣設備等。伴隨著社會大環境的發展和變遷，城市建設工作更加高效，現代化進程加深，任何一個國家對于自己國家內部的民生問題更為關注，而與之相對應的建筑工作也高效開展起來，現代建筑建設中，起重機械的應用是避免不了的。為了迎合發展，起重機械產品也在不斷完善和優化，具體細節方面的優化涉及產品的結構、具體規格的改變、控制模塊的更新進程等。而電子信息技術在這個過程中取得的發展更是讓人滿意。推動了橋式起重機運行系統朝著更加智能化的方向發展，全電子數字化控制系統得到了越來越廣泛的應用。與PLC可編程控制器有效整合，實現了變頻調速技術在橋式起重機調速環節的高效應用。

1 關于橋式起重機智能運行系統的基本概述

（1）智能運行系統的基本組成。關于橋式起重機智能運行系統的基本概述。首先需要詳細了解智能運行系統的基本構成。目標研究對象的系統本質屬于變相的智能化的機器人控制系統，借助自身已有的知識經驗，當然無論面對的是熟悉環境還是陌生環境都可以對環境完成詳細的分析，規劃，解決。該系統由三大模塊組成。中央控制器系統，信號采集和檢測裝置系統，顯示器參數設置。其中中央控制器屬于智能化運行系統的核心組成，能夠對傳遞來的信息完成匯總、分析、規劃，中央控制器能夠完成信息的獨立接收和發送。系統處于運行狀態的時候，傳感器將采集得到的障礙物的具體的位置、障礙物的大小以及運行結構的速度信息統籌分析，然后將分析結果傳達給中央控制器，中央控制器配合整個系統優化對應的算法，結合問題所在將具體的算法詳細得到，相對應的障礙路徑必須在具體實施中避開，無論是大車還是小車的整體運行結構都必須同時得到指令。橋式起重機結合實施參數情況，如實際速度、具體位置等。將這些有用的信息直接傳送給人機交互結構，這樣橋式起重機的完整的信息就被全面地展示出來。信號采集檢測裝置本身就是人體的感官組織，負責與復雜環境的一系列接觸，保障信息的采集工作以及采集完成后的流通工作的高效展開。實現橋式起重機智能路徑規劃和避障導航，首先橋式起重機在實際運行的時候應該能夠準確的辨別出障礙物，然后在環境中有足夠的定位能力，接收準確位置信息不會受到具體時間以及空間的干擾。橋式起重機的智能運行系統的信號收集結構的傳感器類型依賴于傳感器設備、編碼器等。顯示器是操作者和智能化的運行系統之間完成交流的介質。操作人員對于系統實現有效的控制。將良好的人機對話功能有效地顯示出來。橋式起重機的智能化運行系統包括環境地圖顯示模塊、數據顯示模塊、按鍵操作模塊，具體的模塊又可以進一步細分，用戶借助三大模塊了解起重機的狀態和參數。

（2）橋式起重機智能運行系統的基本工作原理。分析橋式起重機智能系統的基本工作原理。明確具體規劃情況，路徑規劃系統涵蓋的內容相對復雜，不僅要全方位地監督自己工作的完成情況，然后結合具體的完成情況完成全局路徑的實時規劃，中樞神經控制器完成對執行層次指令的發送，沿著具體的路徑繼續運行。在完成系統指令的時候，借助信息采集系統感知環境域信息以及自身所處狀態信息，有效控制工作借助控制器實現、系統規劃的整體路徑詳細優化、無碰撞運行的目標高效實現。橋式起重機智能化的運行系統在作業環境域中，從起始點到目標點之間規劃最優或者次優的運行路徑實現智能化的避障功能。智能系統在目標工作環境中需要具備有效的定位能力，在目標工作環境域中作業的時候即使遇到障礙物也能夠第一時間發現障礙物，全方位地掌握障礙物的位置信息。橋式起重機的智能化運行系統的感官結構是超聲波傳感器以及編碼器。對于周邊環境信息以及橋式起重機大小策的實際行駛速度詳細了解，將障礙物以及環境中的位置信息完整地傳達給控制系統。

2 橋式起重機智能運行系統路徑規劃研究

（1）關于路徑規劃方法的基本概述。分析橋式起重機智能化運行系統的路徑規劃。首先，必須清楚地意識到路徑規劃的基本概念，路徑規劃在導航系統中的應用很廣發，屬于核心分支。當然與環境狀態關系不大，任何情況都應該執行科學原則，平滑程度必須保持好、行程短、效率高等。規劃行程的路徑是在既定條件下的最優化或者次優化的可行路徑，特定環境中，詳細描述作業環境，明確路徑搜索對策。如果從本質上分析路徑規劃，這本身與數學函數問題有很多相似之處。路程最短肯定是最優化模式的基本條件之一，然后將平滑程度考慮在內，在這些條件的具體約束下設置具體的函數問題，得到目標函數，環境中涉及的障礙物被規避開來，在就優化路徑問題詳細研究的時候，就空間作業信息總量的具體儲備情況詳細了解，結合空間狀態明確具體的路徑規劃情況，到底是全局規劃還是實時規劃有待于進一步明確。全局路徑規劃是當前研究最火熱的規劃方法，全局路徑規劃研究過程中形成了很多相當成熟可靠的理論。詳細掌握作業環境的區域信息，就可以結合數學算法規劃出切實可行的全局路徑，全局路徑的規劃的可靠度與環境信息的掌握情況有直接關系。環境域變化較大的時候，可以完成全局路徑的更新規劃。受到客觀因素的影響，全局路徑在實際規劃的時候，準確程度受到較大影響，全局規劃方法的實時性不理想。特別是現代化的環境域的信息總量膨脹式增長，所以計算量肯定會變大，所以需要保障控制器本身的信息數據處理能力。環境域信息量過大的時候往往會導致數據溢出。但是很多時候環境域出現大變動的情況不多，出現局部細小的變化對于全局規劃路徑產生的影響不大，所以可以直接忽略。因此，全局路徑規劃還是所有路徑規劃中研究最成熟深入的一種。實時路徑規劃對應全局路徑規劃，該種規劃路徑的實效性更強，每個部分的路徑都與環境局的整體目標相符合。局部路徑規劃借助控制系統的傳感器在環境域中完成障礙物信息的采集，有效地規避障礙，靈活程度更高，同時受到環境因素的影響不大，所以相比全局路徑規劃，實時路徑規劃的靈活度更強。

（2）分析傳統的路徑規劃方法。傳統的路徑規劃方法包括可視圖法、柵格法等。可視圖法在環境域中障礙物呈現多邊構造，環境域的起始端，多邊形障礙物的頂點以及目標點順次借助直線連接，形成有既定方向的和障礙物不想交的路徑；柵格法將整體工作環境借助相對規劃的格柵劃分連續性強的圖，格柵法彌補了勢場法路徑規劃需要很大計算空間存儲的弊端。

（3）分析智能路徑規劃方法。智能化的路徑規劃方法包括模糊邏輯算法、遺傳算法、螞蟻群算法、神經網絡算法。詳細分析模糊邏輯算法，首先對外界環境有敏銳的感知，然后做出對應的動作處理，模糊邏輯算法使得路徑規劃工作過程中建立起相對精確的數學模型。分析遺傳算法，一般在面對復雜問題的時候，借助遺傳算法往往能夠得到優化答案。工程問題要想優化借助該種算法再合適不過，優化問題的前提是熟悉掌握問題的本質，目標函數就是數組生存的外界環境，各大約束條件就是滿足的環境特性，數據在目標函數環境域中呈現理想化的特性的時候，數據就被環境域接受。蟻群算法。個體獨立后，釋放信號，方便后來者的追蹤，信息素隨著時間的推移慢慢變淡，路徑會被后來的螞蟻追蹤，代表路徑相比較其他路徑是優化路徑。而后來者越來越少，一直到該路徑被淘汰，則證明該路徑不是最優化路徑。算法的深入展開，信息素濃度越來越大，算法收斂與信息素濃度最大的元素上。借助蟻群算法，能夠快速實現最優化路徑的選擇，彌補了傳感器誤差導致的探測信息的模糊性缺點。

3 結語

綜上所述，橋式起重機智能運行系統的應用極大地提升了運行效率，隨著現代科學技術水平的進一步提升，智能化運行系統還將會進一步優化，同時，路徑規劃工作也將會進一步深入。