智能起重机路径规划研究

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起重机作为国民生产中最常用的一种机械设备,广泛应用于仓库、港口、物流中心等场所。在一些环境比较特殊的场所(核废料转运、垃圾中转等辐射较大、污染比较高的场所),因为要同时考虑操作人员身体危害和主观误操作等问题,所以对起重机智能化、自动化和运行效率等要求越来越高。随着人工智能的快速发展以及计算机技术的日益成熟,起重机的智能化、无人化越来越收到业界重视与关注。目前,路径规划问题是起重机的智能化主要解决的问题之一。本文开展的主要研究工作如下:1)智能起重机实验平台运行系统设计。依据移动机器人的系统架构和现有成熟的技术,基于桥式起重机的特点,设计了智能起重机实验平台运行系统。该平台包括环境感知系统、路径规划和运行系统、精准定位和防摇摆控制系统、物料抓取系统,并搭建了智能起重机运行平台。根据张正友标定法对单目相机进行相机内参的求解,并且对自己录制的视频进行了点云的构建。2)智能起重机环境地图的建立和路径规划算法改进。路径规划的前提条件是工作环境地图的生成,针对环境地图难以选择的问题,在比较栅格地图法、拓扑地图法和可视图法的基础上,确立了用栅格地图法来建立智能起重机环境地图。针对起重机吊钩和重物与障碍物边缘容易发生碰撞干涉的问题,提出在障碍物边缘设置缓冲区域。针对传统A*算法搜索效率低和搜索效果差的问题,提出了路径规划采用双向A*算法,以此来增加搜索效率,增加障碍物占有率来改变评价函数的权重,使其搜索出的路径及早地避开障碍物,最后加入惩罚函数,使其规划出的路径更为平滑,通过算例验证了改进后的A*算法的实用性和有效性。3)人机交互平台设计和智能起重机避障运行。针对智能起重机平台难与操作人员之间进行信息交流,我们设计了人机交互平台,可以通过输入起重机的基本参数、输入起始位置点坐标和目标位置点坐标,实时显示起重机的运行参数。通过ROS系统,模拟环境地图,采用改进后的A*算法进行路径规划,模拟表明改进后的A*算法具有高效率性和可靠性。在搭建的智能起重机实验平台上,利用方形盒子充当障碍物来模拟起重机运行时的真实环境,确定起始位置点坐标和目标位置点坐标,调用改进后的A*算法进行路径规划,模拟结果表明改进后的A*算法可以得到更平滑的路径,且智能起重机能够很好的避开障碍物。
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