CN110155883A - 桥式起重机路径规划系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种桥式起重机路径规划系统，包括路径规划控制模块和上位机模块；所述上位机模块，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，根据所述环境图像创建二维栅格模型图，在所述二维栅格模型图规划出运行路径，并根据输入的控制指令设置的起始点、目标点和障碍点更新所述运行路径；所述路径规划控制模块，用于接收所述运行路径，并根据所述运行路径控制所述桥式起重机由起始点运行至目标点。本发明能够控制所述桥式起重机在运行过程中任意时刻变更起点、目标点和增加或减少障碍点，上位机中的路径规划单元会根据最新工作环境实时求解最优路径，并将最优路径坐标传输给桥式起重机，这样可以大大提高工作效率。

Description

桥式起重机路径规划系统
技术领域
本发明涉及机器人路径规划，具体地，涉及一种桥式起重机路径规划系统。
背景技术
桥式起重机主要由大车运行机构、小车运行机构、起升机构(吊具)及桥架构成。随着重工业的蓬勃发展，各种大而重的物料层出不穷，桥式起重机传统型主要依靠操作人员的操作经验，直接操作桥式起重机搬运物料搬运的方式，逐渐跟不上时代的潮流，特别是在一些对人体有害且人们无法到达的地区显得尤为突出。
此外，传统型搬运经常会出现操作人员因经验不足或操作人员因过度疲劳操作而发生一些不必要的安全事故。故桥式起重机由传统型搬运向智能型搬运是势在必行的，智能型搬运为通过控制系统控制起重机沿路径规划算法生成的最优路径运行的方式。
但目前人们的主要目光均关注着如何求解最优路径，尚未系统性的提出如何构建和搭建实际可行的桥式起重机路径规划系统。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种桥式起重机路径规划系统。
根据本发明提供的桥式起重机路径规划系统，包括路径规划控制模块和上位机模块；
所述上位机模块，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，根据所述环境图像创建二维栅格模型图，在所述二维栅格模型图规划出运行路径，并根据输入的控制指令设置的起始点、目标点和障碍点更新所述运行路径；
所述路径规划控制模块，用于接收所述运行路径，并根据所述运行路径控制所述桥式起重机由起始点运行至目标点。
优选地，所述路径规划控制模块包括第一信号采集与处理单元、定位单元和控制单元；
所述定位单元，用于获取所述桥式起重机的实时位置；
所述第一信号采集与处理单元，用于接收所述上位机模块发送的目标转速控制指令和所述运行路径，并将所述桥式起重机的位移、实时位置以及速度信号发送至上位机模块；
所述控制单元，用于根据目标转速控制指令驱动所述桥式起重机沿所述运行路径运行。
优选地，所述上位机模块包括第二信号采集与处理单元、设置单元以及路径规划单元；
所述第二信号采集与处理单元，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，并根据所述环境图像生成二维栅格模型图；
所述设置单元，用于在所述二维栅格模型图上设置新的起始点、目标点和障碍点；
所述路径规划单元，用于在二维栅格图根据起始点和目标点，避开障碍点生成运行路径。
优选地，所述上位机模块还包括路径长度计算单元、图形显示单元、数据保存单元以及时间显示单元；
所述路径长度计算单元，用于计算所述二维栅格模型图中所述运行路径的长度；
所述图形显示单元，用于显示所述桥式起重机的电机速度运转图形；
所述数据保存单元，用于保存所述二维栅格模型图中所述运行路径上的各个路径坐标；
所述时间显示单元，用于显示所述桥式起重机沿所述运行路径运行时间。
优选地，所述定位单元为通过所述桥式起重机桥架上的定位磁栅尺生成实时位置，并将所述实时位置通过所述第一信号采集处理单元处理后传输给上位机。
优选地，所述定位磁栅尺为由位于所述桥式起重机的大车装置横梁上的横向磁栅尺、位于所述桥式起重机的桥架上的纵向磁栅尺以及以所述桥式起重机的工作区域左下角为原点构成的桥式起重机工作区域的二维坐标系。
优选地，所述控制单元将上位机模块输出的目标转速控制指令传输到变频器中，并通过所述变频器进行所述桥式起重机的电机驱动
优选地，当所述起始点或所述目标点与障碍点相重合时，所述上位机模块发出警报信号，且控制所述桥式起重机停止工作。
优选地，所述路径规划控制模块和所述上位机模块之间通过RS485串口连接。
优选地，所述横向磁栅尺和所述纵向磁栅尺采用精度为1mm的磁栅尺。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明能够控制所述桥式起重机在运行过程中任意时刻变更起点、目标点和增加或减少障碍点，上位机中的路径规划单元会根据最新工作环境实时求解最优路径，并将最优路径坐标传输给桥式起重机，这样可以大大提高工作效率。
本发明通过定位单元传输的桥式起重机位置信号，将会在上位机上的二维栅格图中实时显示，这将大大提高桥式起重机安全性与可视性。
本发明中时间显示单元中沿所述运行路径运行时间的显示，有利于判别本发明在运行过程是否发生死机，这样大大提高了本发明运行的可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明中桥式起重机路径规划系统的结构示意图。
图2是本发明中桥式起重机大小车与磁栅尺布局的示意图。
图3是本发明中桥式起重机路径规划系统的原理图。
图中：
1为横向磁栅尺；2为大车装置；3为纵向磁栅尺；4为桥式起重机工作区域；5为桥架；6为桥式起重机工作区域原点；7为小车装置
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1是本发明中桥式起重机路径规划系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供的桥式起重机路径规划系统，包括路径规划控制模块和上位机模块；
所述上位机模块，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，根据所述环境图像创建二维栅格模型图，并在所述二维栅格模型图规划出运行路径并根据输入的控制指令设置的起始点、目标点和障碍点更新所述运行路径；在本实施例中，所述控制指令可有操作人员根据所述桥式起重机的实际工况进行输入，所述控制指令可以为如目标点、起始点的位置更新等；
所述路径规划控制模块，用于接收所述运行路径，并根据所述运行路径控制所述桥式起重机由起始点运行至目标点。
在本实施例中，所述上位机模块采用LabVIEW上位机，所述上位机模块与所述路径规划控制模块之间通过RS485通信协议传输信号。
所述路径规划控制模块包括第一信号采集与处理单元、定位单元和控制单元；
所述定位单元，用于获取所述桥式起重机的实时位置；
所述第一信号采集与处理单元，用于接收所述上位机模块发送的目标转速控制指令和所述运行路径，并将所述桥式起重机的位移、实时位置以及速度信号发送至上位机模块；
所述控制单元，用于根据目标转速控制指令驱动所述桥式起重机沿所述运行路径运行。
所述上位机模块包括第二信号采集与处理单元、设置单元、路径规划单元、路径长度计算单元、图形显示单元、数据保存单元以及时间显示单元；
所述第二信号采集与处理单元，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，并根据所述环境图像生成二维栅格模型图；所述设置单元，用于在所述二维栅格模型图上设置新的起始点、目标点和障碍点；所述路径规划单元，用于在二维栅格图根据起始点和目标点，避开障碍点生成运行路径。
所述路径长度计算单元，用于计算所述二维栅格模型图中所述运行路径的长度；所述图形显示单元，用于显示所述桥式起重机的电机速度运转图形；所述数据保存单元，用于保存所述二维栅格模型图中所述运行路径上各个路径坐标；所述时间显示单元，用于显示所述桥式起重机沿所述运行路径运行时间。
在本实施例中，所述二维栅格模型图与所述桥式起重机工作环境等比例。
在本实施例中，所述定位单元为通过所述桥式起重机桥架上的定位磁栅尺生成实时位置，并将所述实时位置通过所述第一信号采集处理单元处理后传输给上位机。
图2是本发明中桥式起重机大小车与磁栅尺布局的示意图，如图2所示，所述定位磁栅尺包括位于所述桥式起重机的大车装置横梁上的横向磁栅尺、位于所述桥式起重机的桥架上的纵向磁栅尺以及以所述桥式起重机的工作区域左下角为原点构成的桥式起重机工作区域的二维坐标系。所述二维坐标系方便定位单元实时定位桥式起重机当前位置。即小车装置7在大车装置1横梁上运行轨迹为X轴，桥式起重机大车装置1在桥式起重机桥架5上运行轨迹为Y轴。桥式起重机工作区域4坐标系中坐标与上位机二维栅格模型图中坐标呈等例放大，且一一对应关系。
在本实施例中，所述控制单元将上位机模块输出的目标转速控制指令传输到变频器中，并通过所述变频器进行所述桥式起重机的电机驱动。当所述起始点或所述目标点与障碍点相重合时，所述上位机模块发出警报信号，且控制所述桥式起重机停止工作。
图3是本发明中桥式起重机路径规划系统的原理图，如图3所示，所述第二信号采集与处理单元中的全景摄像头拍摄桥式起重机工作区域的环境图像，等比例生成二维栅格模型图，并在上位机界面XY波形图中显示，所述定位单元，通过桥架上的定位磁栅尺来实时定位起重机当前的位置坐标，并将位置坐标通过RS485串口传输到上位机，并通过VISA读模块显示在所述二维栅格模型图对应位置上。
然后通过所述设置单元在二维栅格模型图基础上，根据实际生产需求，在起重机运行过程中实时更改起始点、目标点和增加或删除障碍点。路径规划单元根据设置单元设置完后最新的二维栅格模型图，调用LabVIEW软件中路径规划模块中的A*算法子VI，该A*算法会根据起始点和目标点，在避开障碍点的前提下，规划出一条最优运行路径，并将该运行路径的坐标通过VISA写模块由RS485串口传输给第一信号采集与处理单元，该给第一信号采集与处理单元将相关信号处理完之后，将所述运行路径中的目标点传输给定位单元。所述定位单元在收到目标点后由当前位置，通过横向纵向磁栅尺来判别目标点坐标的方向和距离，并向目标点运行。
所述控制单元在定位单元收到目标点时，通过变频器控制桥式起重机电机以上位机设定的目标速度进行转动工作。所述路径长度计算单元，在二维栅格模型图上，根据路径规划单元规划出运行路径，并实时计算新的运行路径长度。数据保存单元，根据操作人员的需要，可以实时保存当前二维栅格模型如上的信息，减少操作人员桥式起重就运行过程中的数据记录，提高工作效率。所述图形显示单元能够实时显示当前桥式起重机电机的转动速度，并与设定的目标转速进行对比，有利于检测桥式起重机电机运行性能。所述二维栅格模型图的构建还有利于当桥式起重机在运行中发生故障，运行路线发送偏差或停止运行时，操作人员可以直接在上位机界面清晰查看，以便于及时纠正，避免安全事故的发生。
在本实施例中，本发明能够控制所述桥式起重机在运行过程中任意时刻变更起点、目标点和增加或减少障碍点，上位机中的路径规划单元会根据最新工作环境实时求解最优路径，并将最优路径坐标传输给桥式起重机，这样可以大大提高工作效率。本发明通过定位单元传输的桥式起重机位置信号，将会在上位机上的二维栅格图中实时显示，这将大大提高桥式起重机安全性与可视性。本发明中时间显示单元中沿所述运行路径运行时间的显示，有利于判别本发明在运行过程是否发生死机，这样大大提高了本发明运行的可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种桥式起重机路径规划系统，其特征在于，包括路径规划控制模块和上位机模块；
所述上位机模块，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，根据所述环境图像创建二维栅格模型图，在所述二维栅格模型图规划出运行路径，并根据输入的控制指令设置的起始点、目标点和障碍点更新所述运行路径；
所述路径规划控制模块，用于接收所述运行路径，并根据所述运行路径控制所述桥式起重机由起始点运行至目标点。
2.根据权利要求1所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述路径规划控制模块包括第一信号采集与处理单元、定位单元和控制单元；
所述定位单元，用于获取所述桥式起重机的实时位置；
所述第一信号采集与处理单元，用于接收所述上位机模块发送的目标转速控制指令和所述运行路径，并将所述桥式起重机的位移、实时位置以及速度信号发送至上位机模块；
所述控制单元，用于根据目标转速控制指令驱动所述桥式起重机沿所述运行路径运行。
3.根据权利要求1所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述上位机模块包括第二信号采集与处理单元、设置单元以及路径规划单元；
所述第二信号采集与处理单元，用于采集桥式起重机工作区域的环境图像，并根据所述环境图像生成二维栅格模型图；
所述设置单元，用于在所述二维栅格模型图上设置新的起始点、目标点和障碍点；
所述路径规划单元，用于在二维栅格图根据起始点和目标点，避开障碍点生成运行路径。
4.根据权利要求3所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述上位机模块还包括路径长度计算单元、图形显示单元、数据保存单元以及时间显示单元；
所述路径长度计算单元，用于计算所述二维栅格模型图中所述运行路径的长度；
所述图形显示单元，用于显示所述桥式起重机的电机速度运转图形；
所述数据保存单元，用于保存所述二维栅格模型图中所述运行路径上的各个路径坐标；
所述时间显示单元，用于显示所述桥式起重机沿所述运行路径运行时间。
5.根据权利要求2所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述定位单元为通过所述桥式起重机桥架上的定位磁栅尺生成实时位置，并将所述实时位置通过所述第一信号采集处理单元处理后传输给上位机。
6.根据权利要求5所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述定位磁栅尺为由位于所述桥式起重机的大车装置横梁上的横向磁栅尺、位于所述桥式起重机的桥架上的纵向磁栅尺以及以所述桥式起重机的工作区域左下角为原点构成的桥式起重机工作区域的二维坐标系。
7.根据权利要求2所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述控制单元将上位机模块输出的目标转速控制指令传输到变频器中，并通过所述变频器进行所述桥式起重机的电机驱动。
8.根据权利要求3所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，当所述起始点或所述目标点与障碍点相重合时，所述上位机模块发出警报信号，且控制所述桥式起重机停止工作。
9.根据权利要求1所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述路径规划控制模块和所述上位机模块之间通过RS485串口连接。
10.根据权利要求6所述的桥式起重机路径规划系统，其特征在于，所述横向磁栅尺和所述纵向磁栅尺采用精度为1mm的磁栅尺。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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