工程机械臂架路径规划方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种工程机械臂架路径规划方法及装置，属于工程机械智能化技术领域。本发明专利技术通过获取工程机械主臂信息和多个路径点，每一路径点对应有初始变幅长；根据工程机械主臂信息确定第一对应关系，第一对应关系为具有挠度的变幅长与变幅角之间的对应关系；基于第一对应关系与初始变幅长，确定每一路径点的目标变幅角，以得到目标规划路径。将挠度与工程机械臂架路径规划相结合，实现工程机械挠性臂架的精准路径规划，最终规划路径是考虑挠度的规划轨迹，提高了工程机械臂架路径规划准确性，同时避免在吊装作业过程中由于路径规划的路径点与实际所需的路径不符造成工程机械与环境中障碍物碰撞，从而保证了吊装作业的安全、正确完成。正确完成。正确完成。

【技术实现步骤摘要】
工程机械臂架路径规划方法及装置


[0001]本申请涉及起重机智能化
，具体涉及一种工程机械臂架路径规划方法、一种工程机械臂架路径规划装置、一种机器可读存储介质及一种处理器。

技术介绍

[0002]在起重机自动吊装中，起重机路径自动规划处于关键地位，目前业内研究较多的均为塔式与桥式起重机自动路径规划，采用的方法也都基于将起重机看作一根多关节机械臂进行规划，这两种起重机工作时刚性较好，几乎不产生挠度变形，一般的基于多关节机械臂的方法适应性较好。
[0003]但对于中大吨位的汽车起重机来说，其主臂一般由多节挠性臂节组成，当主臂较长或吊载较大时，其主臂将产生挠度变形而弯曲，挠度较大时可>10m。这时若采用传统基于刚性机械臂的路径规划方法，由于其机械臂的正逆运动学关系发生变化，将导致规划的路径点与实际所需的路径不符，由此轻则造成路径不准，重则导致起重机与环境中障碍物碰撞(正逆运动学关系变化导致空间位置变换错误)造成重大安全事故。
[0004]因此，现有的针对起重机的路径规划方法研究无法适应汽车起重机柔性臂架特性，汽车起重机重载产生挠度时，由于传统机器人路径规划为刚体规划，对起重机挠性臂架不适应，从而导致路径规划不准确。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种工程机械臂架路径规划方法、一种工程机械臂架路径规划装置、存储介质及处理器。
[0006]为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种工程机械臂架路径规划方法，包括：
[0007]获取工程机械主臂信息和多个路径点，每一所述路径点对应有初始变幅长；
[0008]根据所述工程机械主臂信息确定第一对应关系，所述第一对应关系为具有挠度的变幅长与变幅角之间的对应关系；
[0009]基于所述第一对应关系与所述初始变幅长，确定每一所述路径点的目标变幅角，以得到目标规划路径。
[0010]在本申请实施例中，所述工程机械主臂信息包括主臂末端吊载受力和工程机械主臂中各个臂节的臂节参数；
[0011]所述根据所述工程机械主臂信息确定第一对应关系，包括：
[0012]根据变幅角、所述主臂末端吊载受力以及所述各个臂节的臂节参数，基于挠度计算公式，得到所述各个臂节的挠度；
[0013]根据所述各个臂节的挠度与所述工程机械主臂在幅度方向上的长度，确定与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，以得到第一对应关系。
[0014]在本申请实施例中，所述臂节参数包括臂节长度、弹性模量以及横截面惯性矩；
[0015]所述挠度计算公式为：
[0016]其中，y
i
为第i个臂节的挠度，f2为所述主臂末端吊载受力在垂直于幅度方向上的分力，L
i
为第i个臂节的臂节长度，E
i
为第i个臂节的的弹性模量，I
i
为第i个臂节的的横截面惯性矩，i为小于或等于臂节总数的正整数；
[0017]所述根据所述各个臂节的挠度与所述工程机械主臂在幅度方向上的长度，确定与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，以得到第一对应关系，包括：
[0018]根据各个臂节的挠度与所述变幅角，计算工程机械主臂在幅度方向上的挠度；所述工程机械主臂在幅度方向上的挠度为：
[0019]根据工程机械主臂在幅度方向上的挠度、所述工程机械主臂在幅度方向上的长度以及所述变幅角，确定与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，以得到第一对应关系；所述第一对应关系表示为：
[0020]其中，L为与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，为工程机械主臂的长度，l为幅度方向挠度，a为变幅角，n为臂节总数。
[0021]在本申请实施例中，所述获取多个路径点，包括：
[0022]获取第一起始点与目标点；
[0023]在不考虑挠度的情况下，基于启发式搜索算法在笛卡尔空间进行路径搜索，得到多个待搜索点；
[0024]将各个所述待搜索点基于正运动学进行计算，得到各个待搜索点的回转、变幅长、卷扬；
[0025]根据工程机械的回转运动、变幅运动和卷杨运动，构建基于关节空间的代价函数；
[0026]将各个所述待搜索点的回转、变幅长、卷扬代入到所述基于关节空间的代价函数中，得到各个待搜索点的代价值；
[0027]根据所述各个待搜索点的代价值，对所述多个待搜索点进行筛选，得到代价最低的关节位置；
[0028]将该代价最低的关节位置作为搜索点，并基于该搜索点继续在笛卡尔空间进行后续搜索点位规划并进行正逆运动学变换，直到达到所述目标点，得到从所述第一起始点到所述目标点的初始路径；
[0029]对初始路径进行平滑和插值处理，得到初始规划路径；
[0030]根据所述初始规划路径得到多个路径点。
[0031]在本申请实施例中，还包括：
[0032]将所述代价最低的关节位置对应的变幅长与预置的起重量表中对应的变幅长进行匹配，得到理论起重量；
[0033]根据所述理论起重量，验证当前所述代价最低的关节位置是否满足要求，若满足，则将该代价最低的关节位置作为搜索点，并基于该搜索点继续在笛卡尔空间进行后续搜索点位规划并进行正逆运动学变换，直到达到所述目标点，得到从所述第一起始点到所述目标点的初始路径，若不满足，则继续在笛卡尔空间进行后续搜索点位规划并进行正逆运动学变换，直到达到所述目标点。
[0034]在本申请实施例中，所述获取第一起始点包括：
[0035]获取第二起始点以及所述第二起始点对应的变幅角；
[0036]根据所述第一对应关系和所述第二起始点对应的变幅角，修正所述第二起始点，以得到第一起始点。
[0037]本申请第二方面提供一种工程机械臂架路径规划方法，所述工程机械臂架路径规划方法包括：
[0038]获取工程机械主臂信息；
[0039]根据所述工程机械主臂信息确定第一对应关系，所述第一对应关系为具有挠度的变幅长与变幅角之间的对应关系；
[0040]基于启发式搜索算法在笛卡尔空间进行路径搜索，得到目标规划路径；其中，在所述路径搜索的过程中，每个搜索空间中的各个搜索点都预先关联有变幅长和变幅角，且各个所述搜索点关联的变幅角为根据所述搜索点关联的变幅长与所述第一对应关系确定得到。
[0041]在本实施例中，所述基于启发式搜索算法在笛卡尔空间进行路径搜索，得到目标规划路径，包括：
[0042]基于启发式搜索算法在笛卡尔空间进行路径搜索，得到最优路径上的多个搜索点；
[0043]将所述多个搜索点分别基于正逆运动学计算，得到各个搜索点的回转和卷扬；
[0044]根据各个所述搜索点的坐标和所述第一对应关系，计算得到各个所述搜索点的变幅角；
[0045]根据各个所述搜索点的回转、变幅角、卷扬，对所述最优路径上的各个搜索点进行更新，得到多个新的搜索点；
[0046]对所述多个新的搜索点进行细化与差分处理，得到目标规划路径。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工程机械臂架路径规划方法，其特征在于，所述工程机械臂架路径规划方法包括：获取工程机械主臂信息和多个路径点，每一所述路径点对应有初始变幅长；根据所述工程机械主臂信息确定第一对应关系，所述第一对应关系为具有挠度的变幅长与变幅角之间的对应关系；基于所述第一对应关系与所述初始变幅长，确定每一所述路径点的目标变幅角，以得到目标规划路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工程机械主臂信息包括主臂末端吊载受力和工程机械主臂中各个臂节的臂节参数；所述根据所述工程机械主臂信息确定第一对应关系，包括：根据变幅角、所述主臂末端吊载受力以及所述各个臂节的臂节参数，基于挠度计算公式，得到所述各个臂节的挠度；根据所述各个臂节的挠度与所述工程机械主臂在幅度方向上的长度，确定与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，以得到第一对应关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述臂节参数包括臂节长度、弹性模量以及横截面惯性矩；所述挠度计算公式为：其中，y
i
为第i个臂节的挠度，f2为所述主臂末端吊载受力在垂直于幅度方向上的分力，L
i
为第i个臂节的臂节长度，E
i
为第i个臂节的的弹性模量，I
i
为第i个臂节的的横截面惯性矩，i为小于或等于臂节总数的正整数；所述根据所述各个臂节的挠度与所述工程机械主臂在幅度方向上的长度，确定与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，以得到第一对应关系，包括：根据各个臂节的挠度与所述变幅角，计算工程机械主臂在幅度方向上的挠度；所述工程机械主臂在幅度方向上的挠度为：根据工程机械主臂在幅度方向上的挠度、所述工程机械主臂在幅度方向上的长度以及所述变幅角，确定与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，以得到第一对应关系；所述第一对应关系表示为：其中，L为与所述变幅角对应的具有挠度的变幅长，为工程机械主臂的长度，l为幅度方向挠度，a为变幅角，n为臂节总数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个路径点，包括：获取第一起始点与目标点；在不考虑挠度的情况下，基于启发式搜索算法在笛卡尔空间进行路径搜索，得到多个待搜索点；将各个所述待搜索点基于正运动学进行计算，得到各个待搜索点的回转、变幅长、卷扬；根据工程机械的回转运动、变幅运动和卷杨运动，构建基于关节空间的代价函数；将各个所述待搜索点的回转、变幅长、卷扬代入到所述基于关节空间的代价函数中，得
到各个待搜索点的代价值；根据所述各个待搜索点的代价值，对所述多个待搜索点进行筛选，得到代价最低的关节位置；将该代价最低的关节位置作为搜索点，并基于该搜索点继续在笛卡尔空间进行后续搜索点位规划并进行正逆运动学变换，直到达到所述目标点，得到从所述第一起始点到所述目标点的初始路径；对初始路径进行平滑和插值处理，得到初始规划路径；根据所述初始规划路径得到多个路径点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：将所述代价最低的关节位置对应的变幅长与预置的起重量表中对应的变幅长进行匹配，得到理论起重量；根据所述理论起重量，验证当前所述代价最...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，徐柏科，范卿，郭纪梅，谭松涛，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：