[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

本發明公開了一種管片拼裝機避障路徑規劃方法及裝置，方法包括：獲取拼裝機運動時的實時圖像；若根據圖像判斷出拼裝機的移動路徑上存在障礙物，則根據提取的障礙物特征，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，并根據拼裝機的運動學模型，以能夠將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；根據各模型規劃出拼裝機由當前位置移動到目標位置的路徑，以使得拼裝機按照路徑移動時不會與障礙物發生碰撞。從而實現了在管片拼裝機遇到障礙時自動規劃出避障路徑。

技術領域

本發明涉及機器人運動規劃技術領域，特別是涉及一種管片拼裝機避障路徑規劃方法及裝置。

背景技術

管片拼裝機是盾構掘進設備的重要組成部件之一，其主要功能是將預制管片安裝到剛開挖的隧道內表面，對隧道進行支護，管片拼裝機保持正常工作是盾構掘進設備穩定施工的前提。目前，國內外使用的管片拼裝機是由操作人員通過遙控方式，控制拼裝機完成管片拼裝工作，但是這種方式依賴于操作人員的技術水平和操作熟練程度，具有定位精度低、施工速度慢的缺點，造成施工總成本比較高。

隨著工業機器人技術的發展，智能化的管片拼裝機成為一種發展趨勢，既能夠減少人工操作，并且能夠提高定位精度和施工速度。但是在管片拼裝機的智能化研制過程中，在施工現場的狹窄空間內，如何實現管片拼裝機在遇到障礙物時自動規劃出能夠避開障礙物的合適路徑，是需要解決的一項技術難點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種管片拼裝機避障路徑規劃方法及裝置，實現了在管片拼裝機遇到障礙物時自動規劃出避障路徑。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種管片拼裝機避障路徑規劃方法，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。

優選的，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。

優選的，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。

優選的，構建扼架到末端執行器部分的模型包括：