[發明專利]一種管片拼裝機避障路徑規劃方法及裝置

有效

• 申請號: 201910299712.0
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109917793B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 劉飛香;蔡杰;湯云駿;陳艷;劉巧龍;王棟
• 申請（專利權）人: 中國鐵建重工集團股份有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

1.一種管片拼裝機避障路徑規劃方法，其特征在于，包括：

獲取拼裝機運動時的實時圖像；

若根據所述圖像判斷出所述拼裝機的移動路徑上存在障礙物，則根據從所述圖像提取的障礙物特征，以能夠將障礙物完整包絡且半徑最小的球體構建為障礙物模型，并根據所述拼裝機的運動學模型，以能夠將所述拼裝機的關節連桿完整包絡且半徑最小的圓柱體構建為關節連桿模型，以能夠將所述拼裝機的扼架到末端執行器部分完整包絡且體積最小的長方體構建為扼架到末端執行器部分的模型；

根據所述障礙物模型、所述拼裝機的各關節連桿模型以及扼架到末端執行器部分的模型，規劃出所述拼裝機由當前位置移動到目標位置的路徑，以使得所述拼裝機按照所述路徑移動時不會與所述障礙物發生碰撞；

規劃所述拼裝機由當前位置移動到目標位置的路徑包括：

以末端執行器的當前位置為樹根建立第一樹，以末端執行器所要到達的目標位置為樹根建立第二樹，以預設步長進行迭代運算，其中：

當迭代次數為奇數時，在第一樹中以預設步長隨機生長一個節點，并從第一樹中找出與剛生長的節點距離最近的節點，沿著找出的節點到剛生長的節點的方向，根據預設步長從找出的節點與剛生長的節點之間得到第一新節點，若第一新節點滿足碰撞條件，則在第一樹中重新生長節點；

若第一新節點不滿足碰撞條件，則保存第一新節點的位置，并在第二樹中找出與第一新節點距離最近的節點，沿著找出的節點到第一新節點的方向，根據預設步長從找出的節點與第一新節點之間得到第二新節點，若第二新節點滿足碰撞條件，則在第二樹中重新生長節點，若第二新節點不滿足碰撞條件，則保存第二新節點的位置，而后進行下一次迭代運算；

當迭代次數為偶數時，在第二樹中以預設步長隨機生長一個節點，并從第二樹中找出與剛生長的節點距離最近的節點，沿著找出的節點到剛生長的節點的方向，根據預設步長從找出的節點與剛生長的節點之間得到第三新節點，若第三新節點滿足碰撞條件，則在第二樹中重新生長節點；

若第三新節點不滿足碰撞條件，則保存第三新節點的位置，并在第一樹中找出與第三新節點距離最近的節點，沿著找出的節點到第三新節點的方向，根據預設步長從找出的節點與第三新節點之間得到第四新節點，若第四新節點滿足碰撞條件，則在第一樹中重新生長節點，若第四新節點不滿足碰撞條件，則保存第四新節點的位置，而后進行下一次迭代運算；

將保存的各節點位置按照末端執行器當前位置到目標位置的順序排列形成路徑，作為規劃出的路徑，節點滿足碰撞條件是指所述拼裝機的末端執行器位于該節點位置時所述拼裝機與障礙物發生碰撞，節點不滿足碰撞條件是指所述拼裝機的末端執行器位于該節點位置時所述拼裝機與障礙物未碰撞。

2.根據權利要求1所述的管片拼裝機避障路徑規劃方法，其特征在于，構建障礙物模型包括：

根據從所述圖像提取的障礙物特征，確定出障礙物的三個點，其中一點是障礙物上x坐標值的絕對值最大的點，另一點是障礙物上y坐標值的絕對值最大的點，另一點是障礙物上z坐標值的絕對值最大的點；

根據確定出的三個點計算出能夠將障礙物完整包絡且半徑最小的球體，將得到的球體構建為障礙物模型。

3.根據權利要求1所述的管片拼裝機避障路徑規劃方法，其特征在于，所述拼裝機包括行走關節、旋轉關節和提升關節；

根據所述拼裝機的運動學模型，以能夠將行走關節的連桿完整包絡且半徑最小的圓柱體構建為行走關節連桿模型，以能夠將旋轉關節的連桿完整包絡且半徑最小的圓柱體構建為旋轉關節連桿模型，以能夠將提升關節的連桿完整包絡且半徑最小的圓柱體構建為提升關節連桿模型。

4.根據權利要求1所述的管片拼裝機避障路徑規劃方法，其特征在于，構建扼架到末端執行器部分的模型包括：

根據獲取的兩個提升油缸的行程數據，確定出扼架與兩個提升油缸的連接點以及末端執行器的位置點，根據確定出的三個點以及根據所述拼裝機的運動學模型，計算出能夠將扼架到末端執行器部分完整包絡且邊與基坐標系的坐標軸平行且體積最小的長方體，將得到的長方體構建為扼架到末端執行器部分的模型，所述基坐標系為在構建障礙物模型、關節連桿模型以及扼架到末端執行器部分的模型時所建立的參考坐標系。