一种双平臂落地抱杆吊装路径规划方法、系统和介质技术方案

本发明专利技术提供了一种双平臂落地抱杆吊装路径规划方法、系统和介质，包括：基于获取的吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、初始位置和目标位置，计算吊件的中间位置；基于预设的第一算法，计算吊件从初始位置到中间位置的水平面吊装路径；基于吊装环境信息，确定吊件从中间位置到目标位置的铅垂面吊装路径；第一算法基于吊件摆动幅度和吊件消摆时间对吊装路径的影响确定；本发明专利技术对吊装过程进行分解，将吊装路径规划由三维空间简化为在水平面和铅垂面两个二维平面内的规划问题，降低了路径规划的难度，提高路径规划的效率；考虑吊件摆动幅度和消摆时间对吊装路径的影响自动规划吊装路径，按此路径进行吊装能提高效率和吊件通过狭窄通道的能力。通道的能力。通道的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种双平臂落地抱杆吊装路径规划方法、系统和介质


[0001]本专利技术属于输电线路组塔施工领域，具体涉及一种双平臂落地抱杆吊装路径规划方法、系统和介质。

技术介绍

[0002]塔材吊装路径是保证输电线路铁塔组立施工效率及安全的基础，直接决定了电网的建设质量及工程安全，因此吊装路径规划是施工的关键所在。针对普通吊装设备的路径规划方法有很多，例如快速搜索随机树算法(RRT)、双向快速搜索随机树算法(RRTs)、随机路径图算法(PRM)、人工势场法、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、强化学习算法等，这些算法均能实现单台/多台流动式起重机、桥式起重机和塔式起重机等吊装设备的吊装路径规划。
[0003]由于具有稳定性好、安全性高等特点，双平臂落地抱杆被越来越多的用于输电线路工程施工中。双平臂落地抱杆是根据输电铁塔具有空心结构以及塔件对塔心对称布置的特点研制的一种专用组塔吊装设备，为了提高组塔效率，双平臂落地抱杆组塔采取两侧平衡起吊的方式同时吊装两个相同塔材。如图1双平臂落地抱杆结构示意图所示，双平臂落地抱杆具有两套吊臂、小车和吊钩，一般采用两侧平衡起吊的方式通过吊臂回转、小车变幅和吊钩起升动作同时将两个相同的吊件由地面初始位置吊装至目标位置。两个吊件的初始位置、目标位置及吊装路径中心对称，进行吊装路径规划时，需要同时考虑两侧吊件与障碍物的碰撞问题。双平臂落地抱杆组塔施工前会对施工场地进行平整，其吊装作业区域内的地面水平高度基本一致。如图2吊装路径规划障碍物示意图所示，双平臂落地抱杆吊装路径规划的障碍物包括位于抱杆作业半径范围内的待吊装塔材、工器具、在建铁塔、拉线等。在吊装过程中，为了保障施工安全，抱杆的起升、回转和变幅动作独立进行，不进行联动。双平臂落地抱杆吊装作业时，为保证吊件就位姿态，先在吊件离地1～2m的近地面进行位置和姿态调整，然后用控制绳将吊件与在地面固定位置布置的卷扬机连接，再通过卷扬机与抱杆的协同作业实现吊件的吊装和就位姿态控制，最后将吊件由地面吊装到高空目标位置。所以，普通吊装设备的路径规划方法无法直接适用于双平臂落地抱杆的吊装路径规划。
[0004]受限于双平臂落地抱杆的吊装路径规划方法缺失，操作人员只能凭经验进行双平臂落地抱杆的吊装路径规划和塔材的吊装，这样的吊装方式效率低，且吊装过程中吊件与在建铁塔、障碍物等碰撞事故频发，严重影响施工安全。因此，需要提出一种双平臂落地抱杆的吊装路径规划方法。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种双平臂落地抱杆吊装路径规划方法，包括：
[0006]基于获取的吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、初始位置和目标位置，计算吊件在初始位置和目标位置之间的中间位置；
[0007]基于预设的第一算法，计算吊件从所述初始位置到所述中间位置的水平面吊装路径；
[0008]基于所述吊装环境信息，确定吊件从所述中间位置到所述目标位置的铅垂面吊装路径；
[0009]其中，所述第一算法基于吊件摆动幅度和吊件消摆时间对吊装路径的影响确定。
[0010]优选的，所述基于获取的吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、初始位置和目标位置，计算吊件在初始位置和目标位置之间的中间位置，包括：
[0011]基于所述初始位置和目标位置，在世界坐标系下确定所述初始位置的高度坐标、目标位置的角度坐标和径向坐标；
[0012]基于所述吊件信息和初始位置的高度坐标，通过计算吊件的安全距离确定所述中间位置的高度坐标；
[0013]基于所述吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、中间位置的高度坐标、目标位置的角度坐标和径向坐标，计算所述中间位置的角度坐标和径向坐标；
[0014]其中，所述安全距离为吊件到吊装环境信息中的障碍物的距离。
[0015]优选的，所述基于所述吊件信息和初始位置的高度坐标，通过计算吊件的安全距离确定所述中间位置的高度坐标，包括：
[0016]基于吊件尺寸和吊件最大摆动幅度确定吊件的安全距离；
[0017]基于吊件挂载高度、所述安全距离和初始位置的高度坐标，计算所述中间位置的高度坐标；
[0018]其中，所述吊件信息包括吊件尺寸、吊件最大摆动幅度和吊件挂载高度。
[0019]优选的，所述基于所述吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、中间位置的高度坐标、目标位置的角度坐标和径向坐标，计算所述中间位置的角度坐标和径向坐标，包括：
[0020]基于所述目标位置的角度坐标，确定所述中间位置的角度坐标；
[0021]基于所述中间位置的高度坐标确定中间位置的高度坐标对应的水平面，并在所述中间位置的高度坐标对应的水平面中，确定铁塔在所述中间位置的角度坐标方向上的尺寸；
[0022]基于吊件挂载的最大自转半径、所述安全距离和铁塔在所述中间位置的角度坐标方向上的尺寸，确定所述中间位置的径向坐标；
[0023]其中，所述吊件信息包括吊件挂载的最大自转半径，所述吊装环境信息包括铁塔的尺寸。
[0024]优选的，所述基于预设的第一算法，计算吊件从所述初始位置到所述中间位置的水平面吊装路径，包括：
[0025]基于所述中间位置的高度坐标对应的抱杆信息、安全距离、吊装环境信息和吊装环境信息中的障碍物，在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上构建栅格环境模型；
[0026]将所述初始位置和中间位置投影到所述栅格环境模型中；
[0027]基于所述第一算法，在所述栅格环境模型中计算吊件从所述初始位置投影到所述中间位置投影的水平面吊装路径。
[0028]优选的，所述基于所述中间位置的高度坐标对应的抱杆信息、安全距离、吊装环境信息和吊装环境信息中的障碍物，在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上构建栅格环
境模型，包括：
[0029]基于抱杆的最大变幅边界、铁塔拉线在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上的投影、和铁塔在所述中间位置的高度坐标的边界围成的区域，在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上，建立双平臂落地抱杆双侧的吊装路径规划区域；
[0030]将所述双侧的吊装路径规划区域内所述中间位置的高度坐标对应的障碍物，通过中心对称合并到同一吊装路径规划区域，并基于合并的吊装路径规划区域中铁塔和障碍物周围安全距离内的区域，建立避让区；
[0031]以获取的抱杆的最大变幅幅度为外径，以获取的铁塔的根开为内径，对合并的吊装路径规划区域进行拓展，得到吊装路径规划扇环；
[0032]通过在所述扇环的径向和圆周方向将所述扇环等分为若干栅格，构建栅格环境模型；
[0033]其中，所述抱杆信息包括抱杆的最大变幅边界和最大变幅幅度；所述吊装环境信息包括铁塔根开、铁塔拉线在各高度水平面上的投影和铁塔在各高度的边界。
[0034]优选的，所述第一算法的设定，包括：
[0035]以吊装动作变化一次时的通行成本最小为目标，以吊装通行方向的一致性和所述避让区为约束，基于A*算法通过欧几里得距离估算栅格环境模型中各栅格到所述中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双平臂落地抱杆吊装路径规划方法，其特征在于，包括：基于获取的吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、初始位置和目标位置，计算吊件在初始位置和目标位置之间的中间位置；基于预设的第一算法，计算吊件从所述初始位置到所述中间位置的水平面吊装路径；基于所述吊装环境信息，确定吊件从所述中间位置到所述目标位置的铅垂面吊装路径；其中，所述第一算法基于吊件摆动幅度和吊件消摆时间对吊装路径的影响确定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于获取的吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、初始位置和目标位置，计算吊件在初始位置和目标位置之间的中间位置，包括：基于所述初始位置和目标位置，在世界坐标系下确定所述初始位置的高度坐标、目标位置的角度坐标和径向坐标；基于所述吊件信息和初始位置的高度坐标，通过计算吊件的安全距离确定所述中间位置的高度坐标；基于所述吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、中间位置的高度坐标、目标位置的角度坐标和径向坐标，计算所述中间位置的角度坐标和径向坐标；其中，所述安全距离为吊件到吊装环境信息中的障碍物的距离。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述吊件信息和初始位置的高度坐标，通过计算吊件的安全距离确定所述中间位置的高度坐标，包括：基于吊件尺寸和吊件最大摆动幅度确定吊件的安全距离；基于吊件挂载高度、所述安全距离和初始位置的高度坐标，计算所述中间位置的高度坐标；其中，所述吊件信息包括吊件尺寸、吊件最大摆动幅度和吊件挂载高度。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述吊件信息、抱杆信息、吊装环境信息、中间位置的高度坐标、目标位置的角度坐标和径向坐标，计算所述中间位置的角度坐标和径向坐标，包括：基于所述目标位置的角度坐标，确定所述中间位置的角度坐标；基于所述中间位置的高度坐标确定中间位置的高度坐标对应的水平面，并在所述中间位置的高度坐标对应的水平面中，确定铁塔在所述中间位置的角度坐标方向上的尺寸；基于吊件挂载的最大自转半径、所述安全距离和铁塔在所述中间位置的角度坐标方向上的尺寸，确定所述中间位置的径向坐标；其中，所述吊件信息包括吊件挂载的最大自转半径，所述吊装环境信息包括铁塔的尺寸。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于预设的第一算法，计算吊件从所述初始位置到所述中间位置的水平面吊装路径，包括：基于所述中间位置的高度坐标对应的抱杆信息、安全距离、吊装环境信息和吊装环境信息中的障碍物，在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上构建栅格环境模型；将所述初始位置和中间位置投影到所述栅格环境模型中；基于所述第一算法，在所述栅格环境模型中计算吊件从所述初始位置投影到所述中间位置投影的水平面吊装路径。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述中间位置的高度坐标对应的抱杆信息、安全距离、吊装环境信息和吊装环境信息中的障碍物，在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上构建栅格环境模型，包括：基于抱杆的最大变幅边界、铁塔拉线在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上的投影、和铁塔在所述中间位置的高度坐标的边界围成的区域，在所述中间位置的高度坐标对应的水平面上，建立双平臂落地抱杆双侧的吊装路径规划区域；将所述双侧的吊装路径规划区域内所述中间位置的高度坐标对应的障碍物，通过中心对称合并到同一吊装路径规划区域，并基于合并的吊装路径规划区域中铁塔和障碍物周围安全距离内的区域，建立避让区；以获取的抱杆的最大变幅幅度为外径，以获取的铁塔的根开为内径，对合并的吊装路径规划区域进行拓展，得到吊装路径规划扇环；通过在所述扇环的径向和圆周方向将所述扇环等分为若干栅格，构建栅格环境模型；其中，所述抱杆信息包括抱杆的最大变幅边界和最大变幅幅度；所述吊装环境信息包括铁塔根开、铁塔拉线在各高度水平面上的投影和铁塔在各高度的边界。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一算法的设定，包括：以吊装动作变化一次时的通行成本最小为目标，以吊装通行方向的一致性和所述避让区为约束，基于A*算法通过欧几里得距离估算栅格环境模型中各栅格到所述中间位置投影的通行成本，确定启发函数；计算从所述初始位置投影到所述各栅格的实际通行成本和相邻栅格间的吊装通行成本，并基于所述实际通行成本、启发函数和相邻栅格间的吊装通行成本，确定估价函数；以所述估价函数为第一算法；其中，所述吊装动作变化一次时的通行成本，通过将吊装动作对应的抱杆信息和摆动周期输入到预设的摆动时间公式中，并通过计算输入后所述吊装动作对应的抱杆信息和摆动周期与所述摆动时间公式的契合度，确定所述吊装动作变化一次时的通行成本，所述吊装动作变化一次时的通行成本用于反映吊装动作产生的吊件摆动幅度和吊件消摆时间；所述吊装通行方向的一致性，基于相邻栅格的角度坐标、相邻栅格的径向坐标、栅格的内外径差和栅格的左右边界角度差，通过计算相邻栅格间的吊装通行方向一致性参量表示，用于反映吊装动作。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，相邻栅格间的吊装通行成本的计算，包括：基于所述相邻栅格的角度坐标、相邻栅格的径向坐标、吊装动作变化一次时的通行成本和相邻栅格间的吊装通行方向一致性参量，对相邻栅格间的吊装通行成本进行计算。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述相邻栅格间的吊装通行成本，按下式表示：式中，栅格d为栅格b的相邻栅格，h
bd
为从栅格b到栅格d的通行成本，r
d
为栅格d的径向坐标，r
b
为栅格b的径向坐标，θ
d
为栅格d的角度坐标，θ
b
为栅格b的角度坐标，κ为吊装动作变化一次时的通行成本，ω为从栅格b到栅格d的吊装通行方向一致性参量；
其中，所述从栅格b到栅格d的吊装通行方向一致性参量ω，按下式表示：式中，栅格a为栅格b的父节点栅格和相邻栅格，r
a
为栅格a的径向坐标，θ
a
为栅格a的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞凯，夏拥军，彭飞，秦剑，张陵，李吉文，游溢，何成，王开科，胡奎，于龙，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：