【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及路径规划技术，尤其涉及一种面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划方法及系统。
技术介绍
1、随车吊广泛应用于物流、建筑和救援等场景，其作业环境往往复杂多变，尤其是在狭小空间中，手动臂的作业受到障碍物密集分布和操作空间有限的限制，传统的路径规划方法难以满足高精度避障和动态调整的需求。现有技术中，大多数路径规划方法依赖单一传感器，缺乏多源信息融合，导致在复杂环境中对障碍物的感知能力不足，无法准确识别障碍物属性及其对路径规划的影响。
2、同时，随车吊手动臂在狭小空间作业时，需要考虑刚性障碍物和可变形障碍物的不同特性，但现有路径规划算法通常采用统一的安全距离设置，缺乏针对性策略，导致路径规划结果的安全性和有效性难以兼顾。此外，由于随车吊手动臂的运动学与动力学约束复杂，现有路径规划方案在动态调整和优化方面能力不足，难以实时生成平滑且符合作业需求的优化路径，影响作业效率和安全性。
3、因此，亟需一套面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划技术方案，能够结合多源信息感知、障碍物分类识别和实时路径优化的技术方案，以提高随车吊手动臂在狭小空间作业中的路径规划精度、安全性和动态调整能力。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划方法及系统，能够解决现有技术中的问题。
2、本专利技术实施例的第一方面，
3、提供一种面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划方法，包括：
4、通过安装在随车吊臂架两端
5、基于所述实时环境地图，采用卷积神经网络对作业空间中的障碍物进行识别分类得到障碍物属性信息，根据所述障碍物属性信息将障碍物分为刚性障碍物和可变形障碍物，针对刚性障碍物和可变形障碍物分别设置第一安全距离阈值和第二安全距离阈值，结合随车吊手动臂的运动学约束参数建立避障代价函数，利用双向概率采样算法生成路径节点，基于所述避障代价函数对路径节点进行优化连接得到多组初始路径，将随车吊手动臂的负载重量信息输入动力学模型，计算所述多组初始路径的关节转动力矩，选择满足动力学约束的路径作为目标优化路径；
6、对所述目标优化路径，建立包含路径长度评价项、运动平滑度评价项和避障安全度评价项的综合评价函数，在随车吊手动臂末端执行器坐标系建立虚拟弹簧阻尼模型，根据所述综合评价函数计算的评价得分调节所述虚拟弹簧阻尼模型的弹簧刚度系数和阻尼系数，对所述目标优化路径进行实时动态调整得到调整后路径，采用分段连续的多项式函数对调整后路径进行拟合得到拟合路径，基于随车吊手动臂的运动学模型计算所述拟合路径的关节角度，对不满足运动学约束的路径段进行局部修正，最终输出满足约束条件的作业路径。
7、在一种可选的实施例中，
8、通过安装在随车吊臂架两端的双目立体视觉相机采集作业空间的环境图像，通过特征点匹配算法提取所述环境图像的特征点对应关系并进行深度信息计算得到第一深度信息，通过安装在随车吊臂架顶端的激光测距传感器扫描作业空间得到障碍物轮廓点云，根据所述障碍物轮廓点云计算得到第二深度信息，将所述第一深度信息与所述第二深度信息进行多源信息融合得到融合深度信息包括：
9、通过安装在随车吊臂架两端的双目立体视觉相机采集作业环境图像并进行局部直方图均衡化处理得到预处理图像，根据所述预处理图像的水平方向梯度和垂直方向梯度构建图像自相关矩阵，计算所述图像自相关矩阵的行列式值与迹的比值得到角点响应函数，基于所述角点响应函数计算图像局部区域的均值和标准差构建自适应阈值，通过所述自适应阈值对所述角点响应函数进行筛选得到特征点数据；
10、对所述特征点数据建立基于空间几何约束的匹配代价函数，其中所述匹配代价函数包括基础矩阵约束项和归一化互相关项，根据所述匹配代价函数的极小值确定特征点对应关系，将所述特征点对应关系投影到图像极线坐标系下计算视差值，结合相机标定参数将所述视差值转换得到第一深度信息；
11、通过安装在随车吊臂架顶端的激光测距传感器扫描作业环境获取点云数据，计算所述点云数据的局部密度分布，基于所述局部密度分布确定聚类中心点，计算各采样点到所述聚类中心点的最小距离，剔除距离超出标准距离阈值的噪声点，并基于聚类中心对剩余点云数据进行区域生长得到分割点云，采用迭代最近点算法对分割点云进行空间配准和三维重建得到第二深度信息；
12、建立包含三维坐标分量和速度分量的状态向量，将所述第一深度信息和第二深度信息作为观测数据构建状态空间模型，根据所述状态空间模型得到状态预测值，并计算卡尔曼增益矩阵，利用所述卡尔曼增益矩阵将观测数据与状态预测值进行融合得到状态估计值，计算所述状态估计值与观测数据之间的状态估计误差，根据所述状态估计误差计算深度信息的测量置信度，基于所述测量置信度确定融合权重系数，基于所述融合权重系数对第一深度信息和第二深度信息融合得到融合深度信息。
13、在一种可选的实施例中，
14、结合随车吊车载姿态传感器获取的位姿信息建立作业空间的三维模型，通过体素划分方法对所述三维模型进行空间索引与数据压缩，输出实时环境地图包括：
15、从车载姿态传感器获取随车吊的位置坐标和姿态角数据，根据所述位置坐标数据和姿态角数据构建车体坐标系到全局坐标系的变换矩阵，将所述变换矩阵与融合深度信息中的空间点集相乘得到全局坐标系下的深度点云数据；
16、计算所述深度点云数据的空间范围得到空间包围盒，将所述空间包围盒划分为初始规则网格，计算每个初始规则网格内部点之间的欧氏距离得到空间分布密度，根据所述空间分布密度对网格分辨率进行自适应调整得到体素网格；
17、计算所述体素网格中的每个网格单元内点云的空间质心和协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征值分解得到特征值和主方向向量，将所述主方向向量作为局部表面法向量，根据所述特征值的比值计算局部曲率，并统计网格单元内点的数量计算网格单元的体素占有概率；
18、建立时间窗口的滑动更新机制，将新获取的深度点云数据通过所述变换矩阵投影至全局坐标系，将投影后的点云数据与所述体素网格进行空间配准，利用所述体素占有概率更新重叠区域网格单元的状态，根据时间窗口范围对所述占有概率施加衰减系数得到更新后的体素占有概率；
19、基于所述更新后的体素占有概率和局部表面法向量构建空间距离场函数，提取所述空间距离场函数的等值面得到环境表面网格模型，根据所述局部曲率对所述环境表面网格模型进行简化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过安装在随车吊臂架两端的双目立体视觉相机采集作业空间的环境图像，通过特征点匹配算法提取所述环境图像的特征点对应关系并进行深度信息计算得到第一深度信息，通过安装在随车吊臂架顶端的激光测距传感器扫描作业空间得到障碍物轮廓点云，根据所述障碍物轮廓点云计算得到第二深度信息，将所述第一深度信息与所述第二深度信息进行多源信息融合得到融合深度信息包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合随车吊车载姿态传感器获取的位姿信息建立作业空间的三维模型，通过体素划分方法对所述三维模型进行空间索引与数据压缩，输出实时环境地图包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实时环境地图，采用卷积神经网络对作业空间中的障碍物进行识别分类得到障碍物属性信息，根据所述障碍物属性信息将障碍物分为刚性障碍物和可变形障碍物，针对刚性障碍物和可变形障碍物分别设置第一安全距离阈值和第二安全距离阈值，结合随车吊手动臂的运动学约束参数建立避障代价函数，利用
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将随车吊手动臂的负载重量信息输入动力学模型，计算所述多组初始路径的关节转动力矩，选择满足动力学约束的路径作为目标优化路径包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述目标优化路径，建立包含路径长度评价项、运动平滑度评价项和避障安全度评价项的综合评价函数，在随车吊手动臂末端执行器坐标系建立虚拟弹簧阻尼模型，根据所述综合评价函数计算的评价得分调节所述虚拟弹簧阻尼模型的弹簧刚度系数和阻尼系数，对所述目标优化路径进行实时动态调整得到调整后路径包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用分段连续的多项式函数对调整后路径进行拟合得到拟合路径，基于随车吊手动臂的运动学模型计算所述拟合路径的关节角度，对不满足运动学约束的路径段进行局部修正，最终输出满足约束条件的作业路径包括：
8.一种面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划系统，用于实现前述权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种面向狭小空间的随车吊手动臂作业路径规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过安装在随车吊臂架两端的双目立体视觉相机采集作业空间的环境图像，通过特征点匹配算法提取所述环境图像的特征点对应关系并进行深度信息计算得到第一深度信息，通过安装在随车吊臂架顶端的激光测距传感器扫描作业空间得到障碍物轮廓点云，根据所述障碍物轮廓点云计算得到第二深度信息，将所述第一深度信息与所述第二深度信息进行多源信息融合得到融合深度信息包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合随车吊车载姿态传感器获取的位姿信息建立作业空间的三维模型，通过体素划分方法对所述三维模型进行空间索引与数据压缩，输出实时环境地图包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实时环境地图，采用卷积神经网络对作业空间中的障碍物进行识别分类得到障碍物属性信息，根据所述障碍物属性信息将障碍物分为刚性障碍物和可变形障碍物，针对刚性障碍物和可变形障碍物分别设置第一安全距离阈值和第二安全距离阈值，结合随车吊手动臂的运动学约束参数建立避障代价函数，利用双向概率采样算法生成路径节点，基于所述避障代价函数对路径节点进行优化连接得到多组初始路径包括：
...【专利技术属性】
技术研发人员：姜传博，
申请(专利权)人：一览科技常州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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