聚焦新质生产力 推动欠驱动起重吊运系统向无人化智能化转型 装上“智慧大脑” 实现“以少控多”

发布时间：2024-08-02     来源: 天津市工业和信息化局     作者：佚名    

　　

　　说起起重机，很多人并不陌生。起重机被广泛应用于电力冶金、仓储搬运、航空航天、新能源开发、机械制造、港口装卸、建筑施工等领域，是工程装备行业的“负重脊梁”。

　　前不久，2023年度天津市科学技术奖揭晓，由南开大学完成的“复杂约束下起重机器人智能控制”项目荣获自然科学奖二等奖。

　　“起重机，就是我们常说的吊车，如果赋予它智能的特性，就是起重机器人。”项目第一完成人，南开大学人工智能学院教授、博士生导师孙宁说，“现在马路上的智能汽车越来越多了，智能辅助驾驶功能越来越普遍，但目前起重机还是主要依靠人来操作，我们希望它能够在一些场景下自主、智能地完成一系列操作，推动起重吊运系统向无人化、智能化转型。”

　　然而，起重机器人属于欠驱动系统，无法利用独立的驱动器抑制负载摆动，整个系统复杂的非线性耦合特性也增加了控制难度。

　　何为欠驱动？“就是‘以少控多’。”孙宁解释，起重机器人种类多样，动力学特性非常复杂，特别是由于机械结构的限制，负载缺少独立的驱动装置，需要以较少的输入信号同时控制可驱动的台车、吊杆运动与不可驱动的负载摆动，且大型吊具下悬挂货物极可能存在双摆效应，这就对起重机器人的工作效率、稳定性和可靠性提出了更高的要求。

　　“所以，我们重点突破的是复杂约束下起重机器人准确吊运与快速消摆问题，提出最优轨迹规划与智能控制方法，目的是提高吊运效率、精度与安全性。”孙宁说。

　　自此，项目团队开始向科学技术的广度和深度进军。

　　经过8年不懈努力，该项研究将智能方法融入起重机器人本体中，有效处理了起重机器人“以少控多”的难题。在没有人工干预情况下，装上“智慧大脑”的起重机器人具备了智能控制的功能，能够适应各种工作环境与复杂约束。

　　此外，项目针对起重机器人提出的智能方法经适当扩展后，还有望应用于其他欠驱动机器人，具有重要的理论研究和实际应用价值。

　　科学探索的起点是实际需求，其目标是解决这些需求背后的难题。“打个比方，钢厂里起重机吊运一个钢卷要花费1分钟，到目的地后钢卷还要摆动4分钟，之后才能平稳落地；或者用5分钟以缓慢的速度吊运过来，才能保证钢卷没有大幅度的摆动。无论哪一种，都会产生较大的时间成本。在传统起重机系统引入智能算法后，便能改善此类问题，抑制吊运中货物因惯性产生的大幅摆动，加快消摆速度，提高工作效率。”孙宁举例说。如今，在南开大学方勇纯教授的带领下，该项目团队已入选了中国自动化与人工智能创新团队、天津市重点领域创新团队等。

　　创新永不止步，他们更大的梦想是对标“四个面向”，提升起重吊运系统的智能化程度，专注高质量发展，推动起重机器人逐步应用于海陆空等更广泛的领域，助力国民经济发展。

　　“对这个梦想，我们满怀信心。”孙宁说。

原文链接：https://gyxxh.tj.gov.cn/ZWXX5652/GXDT9285/202408/t20240802_6690479.html
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