1、智能起重機(jī)的概述

1.1智能起重機(jī)的定義

智能起重機(jī)是一種具有自動(dòng)控制、操作和運(yùn)動(dòng)、可編程、人機(jī)交互和自診斷等功能的自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)，具有很高的靈活性。智能起重機(jī)由起重機(jī)底座功能層、傳感器層、信號(hào)采集設(shè)計(jì)、控制層和人機(jī)交互層組成。它具有一些與人類或生物學(xué)相似的智能能力，如感知、計(jì)劃、行動(dòng)、協(xié)調(diào)、學(xué)習(xí)和決策能力。它是一個(gè)多變量、多耦合的自由非線性系統(tǒng)，涉及機(jī)器、電力電子、計(jì)算機(jī)、水力學(xué)、自動(dòng)控制、信息與傳感技術(shù)、人工智能、通信與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。智能起重機(jī)的研究領(lǐng)域應(yīng)包括智能監(jiān)控、智能控制、智能規(guī)劃和智能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.2區(qū)別于常規(guī)人工起重機(jī)的優(yōu)勢(shì)

大容量及工作條件不良的條件下工作

通過(guò)程序代替人工操作，不僅可以在不利的環(huán)境條件下連續(xù)操作，還可以按特定程序管理各種設(shè)備和控制成本。

作業(yè)實(shí)施十分精準(zhǔn)

它可以提高吊鉤定位的可靠性，控制漂移區(qū)域，特別是滿足高安裝定位標(biāo)準(zhǔn)的加工場(chǎng)所和工廠。

降低能源消耗，增大保護(hù)力度

與傳統(tǒng)起重機(jī)相比，它可以節(jié)省一半的動(dòng)力，此外還可以降低噪音。

規(guī)避安全問(wèn)題

防止人為操作造成安全問(wèn)題?？偟膩?lái)說(shuō)，智能起重機(jī)是非常重要的，它是起重機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。因此，應(yīng)加強(qiáng)無(wú)人駕駛起重機(jī)在特定領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、智能起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)由起重機(jī)、環(huán)境、傳感器層、信號(hào)采集執(zhí)行層、控制層和人機(jī)交互層組成，如圖1所示。智能起重機(jī)的自動(dòng)控制功能、移動(dòng)功能、可編程功能、人機(jī)交互功能和自診斷功能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)總線接口互連的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、嵌入式控制策略和相關(guān)智能算法實(shí)現(xiàn)。軟件結(jié)構(gòu)包括規(guī)劃決策模塊、信息管理與協(xié)調(diào)模塊、視覺(jué)處理模塊、環(huán)境建模模塊、位置測(cè)量模塊、避障導(dǎo)航模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊等功能模塊，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行模塊和人機(jī)交互模塊。各模塊通過(guò)通信接口相互傳輸和交換信息,根據(jù)用戶的需求和不同的工作需要,選擇不同的功能模塊，組成各種智能起重機(jī)。

圖1智能起重機(jī)的結(jié)構(gòu)

3、起重機(jī)的智能化研究的展望

結(jié)合上述的研究，當(dāng)前針對(duì)起重機(jī)智能化的研究仍然局限于有限的幾個(gè)方面，譬如“故障檢測(cè)與安全診斷”屬于智能檢測(cè)的范疇，“精準(zhǔn)防擺與安全控制”屬于智能化控制。智能化的起重機(jī)到底應(yīng)該具有怎樣的特性、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)？宏觀上應(yīng)該怎樣進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)？怎樣進(jìn)行進(jìn)一步的智能化優(yōu)化？我們未來(lái)的研究潛力還非常大。將智能化的結(jié)構(gòu)、特性、控制與檢測(cè)進(jìn)行集中融合，對(duì)相關(guān)的學(xué)科進(jìn)行交叉融合，從系統(tǒng)層面上研究相關(guān)理論與實(shí)踐，最終形成一種以計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的模塊化重組系統(tǒng)，對(duì)多種用途以及智能化的起重機(jī)進(jìn)行全面研發(fā)，這也是當(dāng)前以及未來(lái)研究智能化起重機(jī)的主要方向。其中可以稍微加入智能機(jī)器人研究的思維，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等等。

3.1智能起重機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

智能起重結(jié)構(gòu)指的是智能起重機(jī)不同模塊與結(jié)構(gòu)之間的相互作用，主要包含控制以及信息處理結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。結(jié)合相關(guān)資料我們可以知道，當(dāng)前針對(duì)起重機(jī)的研究主要是貫徹我們的某種思維以及思想，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的某項(xiàng)功能，這與智能起重機(jī)之間還存在不小的差距。從結(jié)構(gòu)體系層面解決智能起重機(jī)的相關(guān)問(wèn)題，而且提出普遍意義上的解決方案指導(dǎo)理論體系，這是擺在我們面前的一項(xiàng)新時(shí)代的研究任務(wù)。

3.2智能控制的新理論與新技術(shù)

智能起重機(jī)的控制研究理論主要包含有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、智能控制技術(shù)的融合等等。而且諸多方法也存在其必然的缺陷與局限性。盡管全球的學(xué)者都結(jié)合不同的理論給出了理論模型，不過(guò)這些理論模型卻或者因?yàn)橄到y(tǒng)比較復(fù)雜或者可操作性不強(qiáng)，所以，下一步的研究我們需要結(jié)合不同的理論思想，進(jìn)行不斷的吸收、結(jié)合、融合、集中使用。

3.3多傳感器的信息融合

我們所研究的智能機(jī)器人需要能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，進(jìn)行靈活作業(yè)，所以需要從科學(xué)的角度進(jìn)行傳感器的研究。而且提升傳感器的感知角度與感知敏捷性也是提升智能起重機(jī)智能化的重要手段。不過(guò)怎樣實(shí)現(xiàn)傳感器所收集到信息的融合是當(dāng)前最為重要的問(wèn)題，這在提升起重機(jī)智能化方面具有非常重要的作用。

3.4智能人機(jī)接口

人機(jī)交互也正在朝著智能化、簡(jiǎn)潔化、多樣化以及人性化角度發(fā)展，其核心問(wèn)題在于保障人機(jī)交互過(guò)程中的穩(wěn)定性與可靠性。智能化的人機(jī)接口主要針對(duì)高速化、便捷化、人性化以及穩(wěn)定性角度房展，開(kāi)始研究信智能化檢測(cè)技術(shù)、遠(yuǎn)程操作與智能化控制技術(shù)、前沿的科學(xué)控制零部件、數(shù)字化的驅(qū)動(dòng)裝置、精準(zhǔn)高速的傳動(dòng)系統(tǒng)等科技領(lǐng)域最新的成果。

3.5智能路徑規(guī)劃

最優(yōu)路徑就是在某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下（如：時(shí)間最短或者路徑最短等）最效率的工作路線，也就是在工作環(huán)境下找到一種最優(yōu)的避開(kāi)障礙、直達(dá)目標(biāo)的最優(yōu)解決線路。依照對(duì)周邊環(huán)境信息所掌握的程度，路徑規(guī)劃主要包含局部與全局兩種形式。而且路徑規(guī)劃主要包含傳統(tǒng)以及智能兩種形式。不過(guò)傳統(tǒng)方式在搜索最優(yōu)路線時(shí)間與效率方面存在著很大的缺陷。所以在所掌握的環(huán)境信息不全面的前提下，應(yīng)該結(jié)合各種新的算法與思維，提升起重機(jī)的障礙規(guī)避程度，提升自主決策速度，提升實(shí)際的工作水平。