隨著工業(yè)自動化進程的加速，無人化車間成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要方向。橋式起重機作為車間物料搬運的核心設(shè)備，其智能化與無人化控制是實現(xiàn)車間高效、安全運行的關(guān)鍵。本文結(jié)合移動機器人控制技術(shù)，設(shè)計了基于多傳感器融合的橋式起重機定位系統(tǒng)，并提出了二維平面與三維空間路徑規(guī)劃算法，為其在復(fù)雜環(huán)境中的自主作業(yè)提供理論支撐與實踐驗證。

1. 引言

無人化車間通過集成自動化設(shè)備與智能控制系統(tǒng)，顯著提升了生產(chǎn)效率與安全性。橋式起重機作為車間物流的核心裝備，其智能化升級是實現(xiàn)無人化作業(yè)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)橋式起重機依賴人工操作，存在效率低、安全風(fēng)險高的問題。本文通過環(huán)境建模、多傳感器融合定位及路徑規(guī)劃算法的研究，推動橋式起重機向自主感知、自主決策的智能化方向發(fā)展。

2. 無人化車間環(huán)境建模與定位技術(shù)

1. 環(huán)境建模方法
采用柵格法構(gòu)建橋式起重機作業(yè)環(huán)境地圖。將車間空間離散為網(wǎng)格單元，通過激光雷達(dá)與視覺傳感器實時獲取障礙物信息，生成動態(tài)環(huán)境地圖，為路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2. 多傳感器融合定位
設(shè)計多傳感器融合定位系統(tǒng)，通過以下方案實現(xiàn)起重機位姿精確測量：

• 大車與小車定位：采用激光測距儀與編碼器組合，實時獲取水平位移數(shù)據(jù)。
• 吊物高度測量：利用超聲波傳感器與重力傳感器協(xié)同工作，消除繩纜形變誤差。
• 傳感器選型對比：對比激光雷達(dá)、視覺相機及慣性導(dǎo)航的性能，選擇高精度、抗干擾強的傳感器組合。

3. 定位系統(tǒng)控制方案
建立閉環(huán)控制模型，通過卡爾曼濾波融合多傳感器數(shù)據(jù)，補償動態(tài)誤差，確保定位精度達(dá)到毫米級。

3. 基于蟻群算法的路徑規(guī)劃技術(shù)

1. 二維平面路徑規(guī)劃
針對車間平面布局，提出改進蟻群算法：

• 狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則：結(jié)合啟發(fā)式信息與全局路徑信息，優(yōu)化螞蟻搜索方向。
• 信息素更新策略：引入動態(tài)揮發(fā)系數(shù)，平衡算法的全局搜索與局部收斂能力。
• 障礙物規(guī)避：通過柵格地圖標(biāo)記禁行區(qū)域，確保路徑安全性。

2. 三維空間路徑規(guī)劃
在二維算法基礎(chǔ)上，增加高度維度約束：

• 分層處理：將三維空間劃分為多層平面，逐層規(guī)劃路徑后進行垂直方向插值。
• 避障優(yōu)化：結(jié)合吊物擺動特性，設(shè)置安全距離閾值，避免碰撞風(fēng)險。

3. 算法性能驗證
通過MATLAB仿真對比不同環(huán)境下的路徑規(guī)劃結(jié)果，表明改進蟻群算法在路徑長度、運行時間及魯棒性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

4. 實驗驗證與系統(tǒng)實現(xiàn)

1. 實驗?zāi)Ｐ痛罱?/strong>
設(shè)計橋式起重機實驗平臺，包括：