【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多臂架防碰撞轨迹实时优化方法、系统、介质和设备，属于工程机械。
技术介绍
1、目前，我国在交通运输、水电基础建设和矿山挖掘等领域面临大量的隧道施工工作。由于这些工作环境恶劣、劳动强度大、危险系数高，劳动力需求也很大，因此迫切需要提高施工过程的机械化水平。通过设备的自动化与智能化，可以大大减轻施工过程对人力的依赖。
2、在这些施工领域，凿岩台车是一种常见的设备，它可以移动并支持多台凿岩机同时进行钻眼作业。因此，在隧道和地下工程采用钻爆法施工的过程中，凿岩台车得到了广泛的应用。
3、为了支持多台凿岩机同时进行钻眼作业，通常一台凿岩台车上会构造多个臂架。由于每个臂架的作业位置不同，因此在将臂架移动到相应的作业位置时，它们会有不同的位移轨迹。这导致在臂架进行位移的过程中，由于位移轨迹的相交，臂架之间可能会发生碰撞。臂架的碰撞不仅会造成正常施工的中断，还可能损坏凿岩机。
4、目前，凿岩台车已使用臂架运动轨迹仿真防碰撞进行防碰撞保护，但是由于臂架液压系统的滞后性和不一致性，很难像伺服电机驱动的机械臂实现轨迹精准控制，臂架运动过程中存在碰撞风险。
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种多臂架防碰撞轨迹实时优化方法、系统、介质和设备，解决了现有技术中由于液压系统运动控制的不确定性和滞后性会导致规划轨迹和实际运动轨迹不一致的问题。
2、为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种
4、进行隧道壁与车辆相对位置的三维建模；
5、检测设定目标点孔位信息，逆解推进器目标位置，并预测其运动轨迹；
6、解算前述预测运动轨迹是否与固定物有碰撞风险，如有进行再次解算，直至新的运动轨迹与固定物之间无碰撞风险，进入下一步；
7、解算前述预测运动轨迹中各工作臂架之间是否有碰撞风险，如有进行再次解算，直至新的运动轨迹中，各工作臂架之间无碰撞风险，进入下一步；
8、给定运动机构控制速度指令，使用基于模糊pid的高精度位置控制模块驱动钻臂沿前述解算的运动轨迹行进；
9、行进过程中，进行实时轨迹检测防碰撞处理；
10、行进过程中，进行预测性轨迹检测防碰撞处理；
11、钻臂到达目标位置，执行凿岩作业。
12、进一步地，前述所述进行隧道壁与车辆相对位置三维建模的步骤包括：
13、建立车体三维坐标系；
14、通过车载激光雷达扫描凿岩台车所处作业隧道轮廓，将扫描的点云转换到车体三维坐标系获得臂架与周边障碍物的距离关系。
15、进一步地，前述检测设定目标点孔位信息，逆解推进器目标位置，并预测其运动轨迹的步骤包括：
16、基于目标点孔位信息(x′，y′，z′，h′，v′)和臂架运动关节之间的关联信息，通过机器人运动学正解得到推进梁末端的位置和姿态信息(x，y，z，h，v)，(x′，y′，z′)为目标点孔位在三维坐标系中的x轴坐标位置、y轴坐标位置、z轴坐标位置，h′为目标点孔位水平夹角，v′为目标点孔位垂直夹角，(x，y，z)分别为推进器末端点x轴坐标位置、y轴坐标位置、z轴坐标位置，h为推进器水平角度，v为推进器垂直角度；
17、建立推进梁末端的位置和姿态信息(x，y，z，h，v)与臂架各转动关节和伸缩关节之间的关系式：
18、
19、式中，sw为大臂摆动角度；lf为大臂变幅值；rt为推进器旋转角度；ba为推进器俯仰角度；oe为推进器摆动角度；bt为大臂伸缩量；ft为推进器伸缩量；
20、建立关于推进器旋转角度rt、推进器伸缩量ft的约束条件：
21、
22、
23、式中，m、n分别表示基于车辆施工时针对隧道和车辆高度计算出的推进器在y轴、z轴方向上的阈值；
24、基于前述(x，y，z，h，v)和rt、ft的约束条件，求解到达推进梁末端位置和姿态时各转动关节角度和伸缩关节的长度：sw、lf、ba、oe、bt；
25、通过对多个连续的臂架的历史姿态信息进行分析，并根据前述获得的各转动关节角度和伸缩关节的长度，预测运动轨迹。
26、进一步地，前述行进过程中，进行实时轨迹检测防碰撞处理的步骤包括：
27、将每个工作臂架的各个机构关节看作圆柱体；
28、计算任意两个机构关节构成的两圆柱体轴线之间的最短距离dmin；
29、若q＜dmin＜m，发出预警信号并限制臂架移动的最大速度，若dmin≤q，对低优先级臂架路径进行重新规划，使得臂架按照远离高优先级臂架的路径运动；
30、若路径重新规划后，仍无法避免碰撞，则跳过该目标点孔位并通过监视器记录提示操作员。
31、进一步地，前述行进过程中，进行预测性轨迹检测防碰撞处理的步骤包括：
32、基于检测到的臂架各个机构关节上的传感器的角速度和加速度，并结合液压系统控制精度采集的机器预测模型，预测单位时间内的臂架运动轨迹位置；
33、将每个工作臂架的各个机构关节看作圆柱体，计算预测运动轨迹中任意两个机构关节构成的两圆柱体轴线之间的最短距离dmin；
34、若q＜dmin＜m，发出预警信号并限制臂架移动的最大速度，若dmin≤q，对低优先级臂架路径进行重新规划，使得臂架按照远离高优先级臂架的路径运动；
35、若路径重新规划后，仍无法避免碰撞，则跳过该目标点孔位并通过监视器记录提示操作员。
36、一种多臂架防碰撞轨迹实时优化系统，包括控制器1、控制器2和执行机构；
37、所述控制器0采集激光雷达、倾角传感器的数据；
38、所述控制器2采集角度传感器组、长度传感器组的数据，所述控制器1和控制器2之间进行数据交互，所述控制器2控制执行机构动作。
39、进一步地，前述角度传感器组包括大臂变幅角度传感器、大臂摆动角度传感器、大臂伸缩长度传感器、推进器旋转角度传感器、推进器俯仰角度传感器、推进器摆动角度传感器；
40、所述大臂变幅角度传感器用于检测大臂变幅，安装在大臂变幅铰接点；
41、所述大臂摆动角度传感器，用于检测大臂摆动，安装在大臂摆动铰接点；
42、所述大臂伸缩长度传感器，用于检测大臂的伸缩长度，安装在大臂长度补偿油缸下方；
43、所述推进器旋转角度传感器，用于检测旋转油缸的角度，安装在旋转油缸的铰接点；
44、所述推进器俯仰角度传感器，用于检测推进器摆动的角度，安装在推进器摆动的铰接点；
45、所述推进器摆动角度传感器，用于检测推进器俯仰的角度，安装在推进器俯仰的铰接点。
46、进一步地，前述长度传感器组包括推进器伸缩长度传感器和翼式臂开合角度传感器；
47、所述推进器伸本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述进行隧道壁与车辆相对位置三维建模的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述检测设定目标点孔位信息，逆解推进器目标位置，并预测其运动轨迹的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述行进过程中，进行实时轨迹检测防碰撞处理的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述行进过程中，进行预测性轨迹检测防碰撞处理的步骤包括：
6.一种多臂架防碰撞轨迹实时优化系统，其特征在于，包括控制器1、控制器2和执行机构；
7.根据权利要求6所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化系统，其特征在于，所述角度传感器组包括大臂变幅角度传感器(1)、大臂摆动角度传感器(2)、大臂伸缩长度传感器(3)、推进器旋转角度传感器(4)、推进器俯仰角度传感器(5)、推进器摆动角度传感器(6)；
8
9.根据权利要求6所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化系统，其特征在于，所述激光雷达(10)安装在平台臂架底座上,用于检测凿岩台车所停放位置前方作业环境中的障碍物及隧道施工情况；
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机介质，上所述计算机介质由所述处理器执行时，运行如权利要求1至5任一项所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法。
11.一种计算机介质，其特征在于，所述计算机介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一项所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法。
...【技术特征摘要】
1.一种多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述进行隧道壁与车辆相对位置三维建模的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述检测设定目标点孔位信息，逆解推进器目标位置，并预测其运动轨迹的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述行进过程中，进行实时轨迹检测防碰撞处理的步骤包括：
5.根据权利要求1所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化方法，其特征在于，所述行进过程中，进行预测性轨迹检测防碰撞处理的步骤包括：
6.一种多臂架防碰撞轨迹实时优化系统，其特征在于，包括控制器1、控制器2和执行机构；
7.根据权利要求6所述的多臂架防碰撞轨迹实时优化系统，其特征在于，所述角度传感器组包括大臂变幅角度传感器(1)、大...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴广伟，安卡，马雪城，
申请(专利权)人：江苏汇智高端工程机械创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。