本發(fā)明屬于工程機(jī)械，涉及傳感器與檢測(cè)技術(shù)，具體是一種起重機(jī)路徑規(guī)劃與避障預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、起重機(jī)路徑規(guī)劃旨在找到一條從起始位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)路徑，以減少不必要的移動(dòng)和等待時(shí)間，從而提高作業(yè)效率，通過智能算法進(jìn)行路徑規(guī)劃，可以計(jì)算出最短路徑或最優(yōu)路徑，減少起重機(jī)在吊裝過程中的空駛時(shí)間；而且路徑規(guī)劃過程中會(huì)考慮起重機(jī)的幾何形狀、動(dòng)力學(xué)模型等多因素，確保起重機(jī)在移動(dòng)過程中保持穩(wěn)定性和安全性；同時(shí)，通過避免與周圍環(huán)境和物體的碰撞，減少潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)；在復(fù)雜場(chǎng)景下，如狹窄空間、多障礙物的環(huán)境下，傳統(tǒng)的人工操作往往難以保證路徑的準(zhǔn)確性和安全性，通過路徑規(guī)劃技術(shù)可以自動(dòng)計(jì)算出適應(yīng)復(fù)雜場(chǎng)景的路徑，減少誤操作和路徑冗余的情況；避障預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)起重機(jī)周圍環(huán)境和物體的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，立即發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，有助于預(yù)防碰撞事故的發(fā)生。

2、現(xiàn)有技術(shù)(公開號(hào)為cn116022657a的發(fā)明專利申請(qǐng))公開了一種路徑規(guī)劃方法、裝置和起重機(jī)；現(xiàn)有技術(shù)中，路徑規(guī)劃方法包括：獲取車輛行駛過程中的環(huán)境圖像；利用訓(xùn)練好的目標(biāo)檢測(cè)模型，對(duì)所述環(huán)境圖像進(jìn)行處理，以識(shí)別所述車輛所處環(huán)境中的障礙物；在獲取到與所述環(huán)境圖像對(duì)應(yīng)的環(huán)境點(diǎn)云、且系統(tǒng)性能指標(biāo)滿足預(yù)設(shè)條件的情況下，利用與所述環(huán)境圖像對(duì)應(yīng)的環(huán)境點(diǎn)云確定所述障礙物的空間位置；根據(jù)所述車輛的當(dāng)前位置、所述障礙物的空間位置以及所述車輛的目標(biāo)位置，對(duì)所述車輛的初始行駛路徑進(jìn)行調(diào)整。通過以上方法，能夠自動(dòng)對(duì)起重機(jī)的行駛路徑進(jìn)行規(guī)劃，提高起重機(jī)行駛路徑規(guī)劃的靈活性與規(guī)劃效果；現(xiàn)有技術(shù)通過獲取障礙物點(diǎn)云點(diǎn)所在的雷達(dá)坐標(biāo)系與車體坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定了障礙物在車體坐標(biāo)系下的空間位置，未考慮到障礙物的位置是變化的，可能會(huì)導(dǎo)致車體與障礙物碰撞風(fēng)險(xiǎn)增加的問題。

3、本發(fā)明提供了一種起重機(jī)路徑規(guī)劃與避障預(yù)警系統(tǒng)，以解決以上技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一；為此，本發(fā)明提出了一種起重機(jī)路徑規(guī)劃與避障預(yù)警系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)通過獲取障礙物點(diǎn)云點(diǎn)所在的雷達(dá)坐標(biāo)系與車體坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定了障礙物在車體坐標(biāo)系下的空間位置，未考慮到障礙物的位置是變化的，可能會(huì)導(dǎo)致車體與障礙物碰撞風(fēng)險(xiǎn)增加的技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種起重機(jī)路徑規(guī)劃與避障預(yù)警系統(tǒng)，包括：環(huán)境感知模塊、路徑規(guī)劃模塊以及實(shí)時(shí)避障模塊；

3、環(huán)境感知模塊：獲取起重機(jī)作業(yè)的實(shí)時(shí)環(huán)境信息；其中，實(shí)時(shí)環(huán)境信息包括靜態(tài)障礙物的位置、形狀、大小以及環(huán)境維度；根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境信息構(gòu)建實(shí)時(shí)環(huán)境地圖；

4、路徑規(guī)劃模塊：獲取起重機(jī)的作業(yè)信息，根據(jù)作業(yè)信息以及實(shí)時(shí)環(huán)境地圖劃分出若干路徑；獲取若干路徑中的靜態(tài)障礙物，根據(jù)靜態(tài)障礙物從若干路徑中篩選出若干備選路徑；以及，獲取若干備選路徑上的動(dòng)態(tài)障礙物；根據(jù)動(dòng)態(tài)障礙物計(jì)算若干備選路徑的路障評(píng)估系數(shù)；根據(jù)路障評(píng)估系數(shù)從若干備選路徑中選出目標(biāo)路徑；

5、實(shí)時(shí)避障模塊：通過圖像采集設(shè)備采集起重機(jī)預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)圖像，根據(jù)實(shí)時(shí)圖像判斷是否需要進(jìn)行避讓；是，則生成避讓預(yù)警信號(hào)；否，則持續(xù)對(duì)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行檢測(cè)。

6、優(yōu)選的，所述根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境信息構(gòu)建實(shí)時(shí)環(huán)境地圖，包括：

7、獲取傳感器分布圖，根據(jù)傳感器分布圖安裝視覺傳感器以及激光雷達(dá)，通過激光雷達(dá)獲取環(huán)境的距離信息；通過視覺傳感器捕捉環(huán)境圖像，利用圖像處理技術(shù)識(shí)別特征點(diǎn)獲取特征信息；根據(jù)距離信息和特征信息構(gòu)建實(shí)時(shí)環(huán)境地圖。

8、本發(fā)明通過激光雷達(dá)精確測(cè)量到環(huán)境中物體的距離和形狀，不受光照條件影響，尤其適合在復(fù)雜或動(dòng)態(tài)環(huán)境中獲取精確的深度信息；通過視覺傳感器捕捉豐富的顏色、紋理的視覺信息，通過圖像處理技術(shù)可以識(shí)別環(huán)境中的特征點(diǎn)、障礙物、交通標(biāo)志，增強(qiáng)環(huán)境理解的多樣性。

9、優(yōu)選的，所述根據(jù)靜態(tài)障礙物從若干路徑中篩選出若干備選路徑，包括：

10、調(diào)取靜態(tài)障礙物，將靜態(tài)障礙物在實(shí)時(shí)環(huán)境地圖中進(jìn)行標(biāo)注得到標(biāo)注點(diǎn)；

11、判斷標(biāo)注點(diǎn)是否在若干路徑上；是，則剔除對(duì)應(yīng)的路徑；否，則保留對(duì)應(yīng)的路徑，并將保留的路徑標(biāo)記為備選路徑。

12、本發(fā)明通過標(biāo)注靜態(tài)障礙物并在實(shí)時(shí)環(huán)境地圖中進(jìn)行識(shí)別，能夠很大程度地避免起重機(jī)與障礙物發(fā)生碰撞，從而顯著提高行駛過程的安全性；通過剔除包含靜態(tài)障礙物的路徑，系統(tǒng)可以更加專注于選擇既有效又安全的路徑，有助于減少導(dǎo)航過程中的無效移動(dòng)，提高了導(dǎo)航效率。

13、優(yōu)選的，所述根據(jù)動(dòng)態(tài)障礙物計(jì)算若干備選路徑的路障評(píng)估系數(shù)，包括：

14、調(diào)取若干備選路徑的動(dòng)態(tài)障礙物個(gè)數(shù)zg；獲取若干備選路徑的行駛時(shí)間xs以及能耗數(shù)據(jù)nh；

15、通過公式lpx＝ln(zg×θ1+xs×θ2+nh×θ3+1)計(jì)算得到路障評(píng)估系數(shù)；其中，θ1、θ2、θ3、均為大于0的比例系數(shù)。

16、本發(fā)明通過考慮動(dòng)態(tài)障礙物個(gè)數(shù)，系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估路徑上的障礙情況，從而選擇避開障礙物的最佳路徑，減少因障礙物導(dǎo)致的行駛障礙和潛在風(fēng)險(xiǎn)；通過將行駛時(shí)間納入評(píng)估因素，系統(tǒng)能夠選擇耗時(shí)更短的路徑，提高出行效率；通過考慮能耗因素，系統(tǒng)能夠選擇更加節(jié)能的路徑，減少能源消耗。

17、優(yōu)選的，所述根據(jù)路障評(píng)估系數(shù)從若干備選路徑中選出目標(biāo)路徑，包括：

18、調(diào)取若干備選路徑的路障評(píng)估系數(shù)；將若干備選路徑按照路障評(píng)估系數(shù)由小到大進(jìn)行排序，得到障礙排序表；

19、從障礙排序表中選取第一位路障評(píng)估系數(shù)對(duì)應(yīng)的備選路徑作為目標(biāo)路徑。

20、本發(fā)明通過對(duì)路障評(píng)估系數(shù)進(jìn)行綜合考慮，根據(jù)障礙物個(gè)數(shù)、行駛時(shí)間和能耗為路徑選擇提供了量化的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，使得路徑選擇不再僅僅依賴于主觀判斷或單一因素，而是基于全面、客觀的數(shù)據(jù)分析；通過排序和選擇路障評(píng)估系數(shù)最小的路徑，系統(tǒng)能夠自動(dòng)找到在當(dāng)前條件下最優(yōu)的行駛路徑；這種選擇方式有助于減少行駛中的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，提高路徑選擇的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

21、優(yōu)選的，所述根據(jù)實(shí)時(shí)圖像判斷是否需要進(jìn)行避讓，包括：

22、調(diào)取實(shí)時(shí)圖像，判斷實(shí)時(shí)圖像中是否出現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物；是，則預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)行軌跡；否，則判定為不需要進(jìn)行避讓；

23、根據(jù)動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)行軌跡，判斷動(dòng)態(tài)障礙物是否會(huì)與起重機(jī)相撞；是，則判定需要進(jìn)行避讓；否，則判定不需要進(jìn)行避讓。

24、本發(fā)明通過實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)障礙物，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)源；結(jié)合動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)行軌跡預(yù)測(cè)，系統(tǒng)能夠提前判斷障礙物是否與起重機(jī)存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，從而及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，避免碰撞事故的發(fā)生。

25、優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)障礙物的運(yùn)行軌跡，包括：

26、從數(shù)據(jù)庫中獲取活動(dòng)障礙物的歷史數(shù)據(jù)，其中，歷史數(shù)據(jù)包括：障礙物的類型、速度以及方向；根據(jù)歷史數(shù)據(jù)利用深度學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)活動(dòng)障礙物的運(yùn)動(dòng)軌跡。

27、本發(fā)明通過深度學(xué)習(xí)模型能夠處理大量的歷史數(shù)據(jù)，包括障礙物的類型、位置、速度和加速度的多維度信息，這些豐富的數(shù)據(jù)為模型提供了全面的輸入，使其能夠更好地捕捉障礙物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和趨勢(shì)，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其未來軌跡。

28、優(yōu)選的，所述判斷動(dòng)態(tài)障礙物是否會(huì)與起重機(jī)相撞，包括：

29、從數(shù)據(jù)庫中獲取起重機(jī)與障礙物在備選目標(biāo)路徑上的距離差、速度差；將起重機(jī)與障礙物在備選目標(biāo)路徑上的距離差jc、速度差標(biāo)記為sc，將障礙物危險(xiǎn)系數(shù)標(biāo)記為zl；從數(shù)據(jù)庫中獲取碰撞風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)閾值并標(biāo)記為t1，獲取碰撞風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)危險(xiǎn)閾值并標(biāo)記為t2；其中，t2＞t1；

30、通過公式pfx＝zl/(jc+sc)×100％計(jì)算得出碰撞風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；

31、當(dāng)pfx≥t2時(shí)，觸發(fā)起重機(jī)的緊急制動(dòng)系統(tǒng)；

32、當(dāng)t2＞pfx≥t1時(shí)，則發(fā)出預(yù)警信號(hào)并進(jìn)行減速避讓；

33、當(dāng)t1＞pfx時(shí)，則起重機(jī)進(jìn)行減速避讓。

34、需要說明的是，由于預(yù)測(cè)算法的誤差、傳感器數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性都可能導(dǎo)致碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性；需要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整評(píng)估結(jié)果。

35、本發(fā)明通過從數(shù)據(jù)庫中獲取實(shí)時(shí)的起重機(jī)與障礙物之間的物理參數(shù)，使系統(tǒng)能夠基于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這種評(píng)估方式減少了主觀判斷的不確定性和誤差；通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)起重機(jī)與障礙物的狀態(tài)變化，并據(jù)此動(dòng)態(tài)更新障礙物危險(xiǎn)系數(shù)，確保風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

37、1.本發(fā)明通過實(shí)時(shí)避障模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)起重機(jī)周圍環(huán)境中的障礙物，并在發(fā)現(xiàn)潛在碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)立即觸發(fā)避障動(dòng)作，從而有效避免碰撞事故的發(fā)生；這種即時(shí)反應(yīng)能力可以顯著降低起重機(jī)作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)；通過環(huán)境感知模塊獲取的數(shù)據(jù)，可以提前預(yù)測(cè)并評(píng)估潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)碰撞風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)達(dá)到或超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒操作人員或自動(dòng)化系統(tǒng)采取相應(yīng)的安全措施。

38、2.通過對(duì)路障評(píng)估系數(shù)進(jìn)行綜合考慮，根據(jù)障礙物個(gè)數(shù)、行駛時(shí)間和能耗為路徑選擇提供了量化的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，使得路徑選擇不再僅僅依賴于主觀判斷或單一因素，而是基于全面、客觀的數(shù)據(jù)分析；通過排序和選擇路障評(píng)估系數(shù)最小的路徑，系統(tǒng)能夠自動(dòng)找到在當(dāng)前條件下最優(yōu)的行駛路徑；這種選擇方式有助于減少行駛中的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，提高路徑選擇的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。