Trajectory planning and control of overhead cranes in the work environment with obstacles

• Autorzy: Blajer W. , Kołodziejczyk K.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie trajektorii i sterowanie suwnic w przestrzeni roboczej z przeszkodami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Manipulating payloads with cranes can be challenging due to undesirable load pendulations induced by the crane motion and external perturbations. The problem gets increasingly difficult when the work environment is cluttered with obstacles. Automatic control schemes offer a high potential of rationalization. In this paper a methodology of constructing appropriate load trajectories allowing for one coordinated maneuver that omits the obstacles is addressed. The developed formulation leads then to the analysis of crane dynamics and synthesis of control in the specified motion. Some results of numerical simulations are reported.

PL

Realizacja założonego ruchu ładunku za pomocą suwnicy jest zadaniem złożonym ze względu na trudne do wyeliminowania wahania ładunku wywołane zarówno ruchem dźwignicy jak i zaburzeniami zewnętrznymi. Zadanie to jest szczególnie skomplikowane dla przestrzeni roboczych z przeszkodami. Systemy sterowania automatycznego mogą pozwolić na realizację tych zadań szybciej, bezpieczniej i z większą precyzją. W niniejszej pracy zaproponowano metodę efektywnego modelowania odpowiedniej trajektorii ruchu ładunku tak, by omijane były występujące w przestrzeni roboczej przeszkody. Trajektoria ta szkicowana jest najpierw za pomocą ciągu punktów, a następnie interpolowana/aproksymowana z użyciem funkcji sklejanych (splajnów). Nakładając odpowiedni warunek na ruch wzdłuż trajektorii, modelowany jest jeden dynamiczny manewr przeniesienia ładunku z położenia początkowego do końcowego w narzuconym czasie. Opisane w pracy różniczkowo-algebraiczne równania ruchu programowego pozwalają na analizę dynamiczną suwnicy i jej sterowania wymaganego dla realizacji narzuconego ruchu ładunku. Demonstrowane są wyniki odpowiednich symulacji numerycznych.

Słowa kluczowe

EN

trajectory of load motion; work environment; control of overhead crane

PL

trajektoria ruchu ładunku; przestrzeń robocza; sterowanie suwnic

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 1, nr 32
• Strony: 53--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz.

Twórcy

autor

Blajer W.

autor

Kołodziejczyk K.

• Institute of Applied Mechanics, Technical University of Radom

Bibliografia

• 1. Rosenfeld Y., Shapira A.. “Automation of existing tower cranes: economic and technological feasibility”, Automation in Construction, 7 (1998), p. 285-298.
• 2. Abdel-Rahman E.M., Nayfeh A.H., Masoud Z.N.: „Dynamics and control of cranes: a review”. Journal of Vibration and Control, 9 (2003), p. 863-908.
• 3. Forest C., Frakes D., Singhose W., “Input-shaped control of gantry cranes: simulation and curriculum development”, Proc. of the 18th ASME Biennial Conference on Mechanical Vibration and Noise, Pittsburg, USA, 9-12 September, 2001, Vol. 6B, p. 1877-1884.
• 4. Blajer W., Kołodziejczyk K., „Prediction of control of overhead cranes executing a prescribed load trajectory”, in Ulbrich, H. and Günthner, W. (eds.): IUTAM Symposium on Vibration Control of Nonlinear Mechanisms and Structures, Series: Solid Mechanics and Its Applications, Vol. 130, Springer, Dordrecht, 2005, p. 111-120.
• 5. Blajer W., Kołodziejczyk K., “Geometric approach to solving problems of control constraints: theory and a DAE framework”, Multibody System Dynamics, 11 (2004), p. 343-364.
• 6. Sawodny O., Aschemann H., Lahres S., “An automated gantry crane as a large workspace robot”, Control Engineering Practice, 10 (2002), p. 1323-1338.
• 7. Reinsch C.H., “Smoothing by spline functions”, Numerische Mathematik, 10 (1967),p. 177-183.
• 8. Blajer W., A projection method – theory and applications in the analysis of constrained mechanical systems (in Polish), Monographs, No. 13, Press of the Technical University of Radom, 1994.