1、智能起重機的概述

1.1智能起重機的定義

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

1.2區(qū)別于常規(guī)人工起重機的優(yōu)勢

大容量及工作條件不良的條件下工作

通過程序代替人工操作，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)實施十分精準

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準的加工場所和工廠。

降低能源消耗，增大保護力度

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

規(guī)避安全問題

防止人為操作造成安全問題。總的來說，智能起重機是非常重要的，它是起重機發(fā)展史上的一個里程碑。因此，應加強無人駕駛起重機在特定領(lǐng)域的應用。

2、智能起重機的基本結(jié)構(gòu)

硬件結(jié)構(gòu)由起重機、環(huán)境、傳感器層、信號采集執(zhí)行層、控制層和人機交互層組成，如圖1所示。智能起重機的自動控制功能、移動功能、可編程功能、人機交互功能和自診斷功能通過標準總線接口互連的網(wǎng)絡(luò)平臺、嵌入式控制策略和相關(guān)智能算法實現(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、視覺處理模塊、環(huán)境建模模塊、位置測量模塊、避障導航模塊、運動控制模塊等功能模塊，驅(qū)動執(zhí)行模塊和人機交互模塊。各模塊通過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。

圖1智能起重機的結(jié)構(gòu)

3、起重機的智能化研究的展望

結(jié)合上述的研究，當前針對起重機智能化的研究仍然局限于有限的幾個方面，譬如“故障檢測與安全診斷”屬于智能檢測的范疇，“精準防擺與安全控制”屬于智能化控制。智能化的起重機到底應該具有怎樣的特性、結(jié)構(gòu)與特點？宏觀上應該怎樣進行科學設(shè)計？怎樣進行進一步的智能化優(yōu)化？我們未來的研究潛力還非常大。將智能化的結(jié)構(gòu)、特性、控制與檢測進行集中融合，對相關(guān)的學科進行交叉融合，從系統(tǒng)層面上研究相關(guān)理論與實踐，最終形成一種以計算機信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的模塊化重組系統(tǒng)，對多種用途以及智能化的起重機進行全面研發(fā)，這也是當前以及未來研究智能化起重機的主要方向。其中可以稍微加入智能機器人研究的思維，包括運動學、動力學等等。

3.1智能起重機的體系結(jié)構(gòu)

智能起重結(jié)構(gòu)指的是智能起重機不同模塊與結(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)兩個方面。結(jié)合相關(guān)資料我們可以知道，當前針對起重機的研究主要是貫徹我們的某種思維以及思想，由此來實現(xiàn)起重機的某項功能，這與智能起重機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的相關(guān)問題，而且提出普遍意義上的解決方案指導理論體系，這是擺在我們面前的一項新時代的研究任務。

3.2智能控制的新理論與新技術(shù)

智能起重機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。盡管全球的學者都結(jié)合不同的理論給出了理論模型，不過這些理論模型卻或者因為系統(tǒng)比較復雜或者可操作性不強，所以，下一步的研究我們需要結(jié)合不同的理論思想，進行不斷的吸收、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器人需要能夠適應不同的環(huán)境，進行靈活作業(yè)，所以需要從科學的角度進行傳感器的研究。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智能化的重要手段。不過怎樣實現(xiàn)傳感器所收集到信息的融合是當前最為重要的問題，這在提升起重機智能化方面具有非常重要的作用。

3.4智能人機接口

人機交互也正在朝著智能化、簡潔化、多樣化以及人性化角度發(fā)展，其核心問題在于保障人機交互過程中的穩(wěn)定性與可靠性。智能化的人機接口主要針對高速化、便捷化、人性化以及穩(wěn)定性角度房展，開始研究信智能化檢測技術(shù)、遠程操作與智能化控制技術(shù)、前沿的科學控制零部件、數(shù)字化的驅(qū)動裝置、精準高速的傳動系統(tǒng)等科技領(lǐng)域最新的成果。

3.5智能路徑規(guī)劃

最優(yōu)路徑就是在某個標準下（如：時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)的避開障礙、直達目標的最優(yōu)解決線路。依照對周邊環(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。不過傳統(tǒng)方式在搜索最優(yōu)路線時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，應該結(jié)合各種新的算法與思維，提升起重機的障礙規(guī)避程度，提升自主決策速度，提升實際的工作水平。