專(zhuān)利名稱(chēng)：起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及起重機(jī)吊運(yùn)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的加速發(fā)展，石油、化工、冶金、電力、海洋工程、橋梁建設(shè)等快速的發(fā)展， 吊裝工程也向復(fù)雜化發(fā)展。在吊裝現(xiàn)場(chǎng)，先是由吊裝工作人員依據(jù)吊裝現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景制定初步吊裝方案，然后地面吊裝指導(dǎo)人員依據(jù)真實(shí)吊裝修正初步吊裝路徑，最后由地面吊裝指導(dǎo)人員依據(jù)修正后的吊裝路徑指導(dǎo)完成吊裝。該種吊裝方案中吊裝路徑是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定， 沒(méi)有合理的理論推導(dǎo)機(jī)制，沒(méi)有依據(jù)吊裝原則進(jìn)行吊裝路徑規(guī)劃。因此，現(xiàn)在的吊裝路徑規(guī)劃存在以下不足(1)可執(zhí)行度不高，場(chǎng)景中障礙物對(duì)吊裝路徑的影響考慮不充分；(2)規(guī)劃路徑不一定是最優(yōu)路徑，沒(méi)有對(duì)路徑規(guī)劃進(jìn)行最優(yōu)搜索。在專(zhuān)利
公開(kāi)日為“2009年5月27日”，公開(kāi)號(hào)為“CN101441736A”，發(fā)明名稱(chēng)為“汽車(chē)起重機(jī)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利中，新鄉(xiāng)市起重機(jī)廠(chǎng)有限公司提出了一種汽車(chē)起重機(jī)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法。該路徑規(guī)劃方法是涉及汽車(chē)起重機(jī)機(jī)器人的路徑規(guī)劃方法，該方法基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能量函數(shù)的自主移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃算法，該方法定義路徑總能量函數(shù)為碰撞函數(shù)罰函數(shù)與相應(yīng)于路徑長(zhǎng)度部分能量函數(shù)加權(quán)和。通過(guò)檢測(cè)路徑點(diǎn)的出發(fā)點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)是否都在障礙物的軸線(xiàn)上，隨即選擇一個(gè)路徑點(diǎn)，適當(dāng)改變路徑點(diǎn)坐標(biāo)后再進(jìn)行路徑規(guī)劃。在路徑規(guī)劃過(guò)程中檢測(cè)路徑點(diǎn)的位置是否在障礙物內(nèi)，依據(jù)路徑點(diǎn)位于障礙物內(nèi)外的不同位置用不同的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程移動(dòng)路徑點(diǎn)的位置，使其朝著使總能量函數(shù)的函數(shù)值減小的方向運(yùn)動(dòng)，最終規(guī)劃出最短的避障路徑。上述的路徑規(guī)劃方法存在以下問(wèn)題該方法將障礙物物假設(shè)為很簡(jiǎn)單的物體，沒(méi)有充分考慮障礙物高度因素；該方法搜索的是最短路徑，而在實(shí)踐中需要的依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用的吊裝規(guī)則進(jìn)行吊裝路徑搜索；該方法是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，屬于智能算法，該方法的收斂性以及穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，能夠快速高效地計(jì)算出障礙物之間的距離，精確地尋找吊裝規(guī)劃路徑，提高吊裝物吊運(yùn)的安全性和可靠性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，起重機(jī)包括起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)和變幅機(jī)構(gòu)，該方法包括將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影；對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理，將障礙物的坐標(biāo)表達(dá)形式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)形式；對(duì)位于吊裝物路徑上的障礙物進(jìn)行分析，確定吊裝物可通過(guò)路徑；根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑。進(jìn)一步地，將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影包括確定吊裝物的工作區(qū)域； 對(duì)工作區(qū)域內(nèi)的障礙物高度進(jìn)行分析，確定需要進(jìn)行投影的障礙物；選定起重機(jī)工作平面， 確定投影基準(zhǔn)面；將需要進(jìn)行投影的障礙物在投影基準(zhǔn)面上進(jìn)行投影。進(jìn)一步地，將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影之后，對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理之前還包括對(duì)投影在投影基準(zhǔn)面上的障礙物投影進(jìn)行規(guī)則化處理，使該障礙物投影形成預(yù)定的圖形形狀，該圖形形狀為正多邊形，矩形、圓形、或橢圓形。進(jìn)一步地，對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理，將障礙物的坐標(biāo)表達(dá)形式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)形式包括以起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)中心為回轉(zhuǎn)中心，以回轉(zhuǎn)中心距離吊裝起點(diǎn)和吊裝終點(diǎn)的距離中較大值為半徑，確定吊裝物的吊裝區(qū)域；對(duì)吊裝區(qū)域內(nèi)的障礙物進(jìn)行極徑化處理。進(jìn)一步地，對(duì)位于吊裝物路徑上的障礙物進(jìn)行分析包括通過(guò)極坐標(biāo)將吊裝區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理，確定障礙物所在區(qū)域；建立網(wǎng)格化區(qū)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表，確定可行吊裝工作區(qū)域；建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表。進(jìn)一步地，通過(guò)極坐標(biāo)將吊裝區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理包括將吊裝區(qū)域按照極徑方向和極角變化方向分割為多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)；確定障礙物所在區(qū)域包括檢驗(yàn)網(wǎng)格點(diǎn)是否在障礙物區(qū)域內(nèi)，并將位于障礙物區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)標(biāo)示為相應(yīng)的障礙物編號(hào)；建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表包括將標(biāo)示后的障礙物編號(hào)對(duì)應(yīng)填入網(wǎng)格化區(qū)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表內(nèi)，建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表。進(jìn)一步地，檢驗(yàn)網(wǎng)格點(diǎn)是否在障礙物區(qū)域內(nèi)包括確定網(wǎng)格化區(qū)域內(nèi)障礙物的極坐標(biāo)范圍，并將網(wǎng)格點(diǎn)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)；將網(wǎng)格點(diǎn)轉(zhuǎn)換的極坐標(biāo)與障礙物的極坐標(biāo)范圍進(jìn)行比較，確定網(wǎng)格點(diǎn)是否位于障礙物極坐標(biāo)網(wǎng)格化區(qū)域范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表之后，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑之前還包括分析障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的變幅穿行直徑表。進(jìn)一步地，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的變幅穿行直徑表之后，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑之前還包括分析障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的回轉(zhuǎn)穿行直徑表。進(jìn)一步地，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的回轉(zhuǎn)穿行直徑表之后，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑之前還包括比較吊裝物的變幅穿行直徑表和回轉(zhuǎn)穿行直徑表，確定吊裝物的可穿行直徑表。進(jìn)一步地，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑中的吊裝原則包括最短路徑原則、最安全原則和需跨越障礙物的吊裝路徑規(guī)劃。進(jìn)一步地，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑包括根據(jù)確定的吊裝原則選擇吊裝路徑參數(shù)和參數(shù)權(quán)重，確定吊裝路徑。進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)跹b原則為最短路徑原則時(shí)，從吊裝起點(diǎn)向吊裝終點(diǎn)搜索路徑，使吊裝物進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)遇到障礙物或者穿行半徑小于吊裝物時(shí)，路徑朝靠近吊裝終點(diǎn)方向變幅運(yùn)動(dòng)一格；再搜索新的路徑，并測(cè)試此時(shí)的可穿行半徑是否大于吊裝物直徑值；重復(fù)上述步驟。進(jìn)一步地，當(dāng)?shù)跹b原則為最安全原則時(shí)，從吊裝起點(diǎn)使吊裝物變幅到最小幅度；當(dāng)遇到障礙物或者穿行半徑小于吊裝物時(shí)，路徑朝變幅增大方向運(yùn)動(dòng)一格；搜索新的路徑，并測(cè)試此時(shí)的可穿行半徑是否大于吊裝物直徑值；重復(fù)上述步驟。進(jìn)一步地，當(dāng)進(jìn)行需跨越障礙物的吊裝路徑規(guī)劃時(shí)，首先對(duì)吊裝路徑進(jìn)行搜索；當(dāng)遇到必須跨越的障礙物區(qū)域時(shí)，將該障礙物取值標(biāo)示為最大可穿行半徑；重新進(jìn)行路徑規(guī)劃，確定可行吊裝路徑。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法包括將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影；對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理，將障礙物的坐標(biāo)表達(dá)形式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)形式；對(duì)位于吊裝物路徑上的障礙物進(jìn)行分析，確定吊裝物可通過(guò)路徑；根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑。通過(guò)將障礙物進(jìn)行極徑化處理，使障礙物轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)，更加便利于表達(dá)同一回轉(zhuǎn)中心的變幅運(yùn)動(dòng)，表達(dá)更加準(zhǔn)確，從而保證吊裝路徑規(guī)劃方法的收斂性更好，吊裝物的吊裝路徑規(guī)劃更加精確，吊裝精度更高，安全性和可靠性更好。通過(guò)對(duì)吊裝區(qū)域內(nèi)的障礙物在投影基準(zhǔn)面上的投影進(jìn)行規(guī)則化處理，更加便于對(duì)障礙物的形狀和位置進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，使障礙物之間的關(guān)系更加規(guī)則化，便于對(duì)吊裝物的可能吊裝路徑進(jìn)行分析，使吊裝路徑規(guī)劃更加易于實(shí)現(xiàn)，從而保證吊裝物吊運(yùn)時(shí)避開(kāi)障礙物，并能夠根據(jù)吊裝原則確定所需的吊裝路徑。


構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的投影規(guī)則化示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的場(chǎng)景投影圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的吊裝區(qū)域劃分示意圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的極坐標(biāo)化的吊裝區(qū)域示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的網(wǎng)格化吊裝區(qū)域示意圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法中障礙物為矩形時(shí)的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)示意圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法中障礙物為圓形時(shí)的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法的吊裝路徑選擇流程圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。如圖1至圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，起重機(jī)包括起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)和變幅機(jī)構(gòu)，起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法以起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸心為圓心，將吊裝物從吊裝起點(diǎn)到吊裝終點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的區(qū)域進(jìn)行劃分，以極徑坐標(biāo)作為參考，將在吊裝物吊裝路徑上的障礙物進(jìn)行分析和投影，通過(guò)調(diào)整變幅機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吊裝物的順利吊裝。請(qǐng)結(jié)合參見(jiàn)圖1至圖3所示，在起重機(jī)施工場(chǎng)景中，存在不同的障礙物，高度低的障礙物，可以跨越過(guò)去，該類(lèi)障礙物不需要進(jìn)行投影分析；對(duì)于高障礙物，需要采用繞開(kāi)或穿行障礙物間隙。因此，在進(jìn)行吊裝路徑規(guī)劃之前需要首先確定吊裝物的工作區(qū)域，然后對(duì)工作區(qū)域內(nèi)的障礙物的高度進(jìn)行分析，確定哪些障礙物需要進(jìn)行投影，哪些障礙物可以直接跨越而無(wú)需進(jìn)行投影。在確定需要進(jìn)行投影的障礙物之后，選定起重機(jī)的工作平面，一般該工作平面為與水平面平行的起重機(jī)底面。在選定起重機(jī)工作平面之后，確定該工作平面為投影基準(zhǔn)面，然后將需要進(jìn)行投影的障礙物在投影基準(zhǔn)面上進(jìn)行投影。常規(guī)的障礙物間距采用計(jì)算兩個(gè)三維障礙物空間間距，該方法計(jì)算復(fù)雜，成本較高。在工程使用允許一定的誤差前提下，本發(fā)明的實(shí)施例采用投影方法進(jìn)行障礙物距離計(jì)算，本實(shí)施例選擇與水平面平行的起重機(jī)底面作為基準(zhǔn)投影面，將起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心、障礙物、吊裝起始點(diǎn)、吊裝終止點(diǎn)投影到投影基準(zhǔn)面；同時(shí)將不規(guī)則的障礙物進(jìn)行規(guī)則化處理，使該障礙物投影形成預(yù)定的圖形形狀，該圖形形狀可以為正多邊形，矩形、圓形、或橢圓形，并加上一定的安全距離。如圖1所示，對(duì)投影在投影基準(zhǔn)面上的障礙物投影進(jìn)行規(guī)則化處理包括將與矩形相近的障礙物規(guī)則化為矩形、將與圓形相近的障礙物規(guī)則化為圓形、將與橢圓相近的障礙物規(guī)則化為橢圓形等。之后在投影基準(zhǔn)面上對(duì)整體場(chǎng)景進(jìn)行投影，包括對(duì)起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)中心、吊裝物起始點(diǎn)、吊裝物終點(diǎn)和障礙物進(jìn)行投影。如圖2所示，投影后的投影基準(zhǔn)面上包括回轉(zhuǎn)中心0、吊裝起始點(diǎn)B、吊裝終止點(diǎn)A和障礙物1至6。工程實(shí)際中的吊裝，吊裝物可能會(huì)和障礙物發(fā)生干涉的部位在障礙物邊緣，因此將吊裝工作區(qū)域進(jìn)行平面化，將障礙物投影到平面區(qū)域；對(duì)平面區(qū)域的障礙物投影，在極坐標(biāo)下分析同角度極徑上兩個(gè)障礙物之間距離，將該距離與吊裝物可穿行直徑(對(duì)于長(zhǎng)方體物體該參數(shù)為長(zhǎng)度值或?qū)挾戎?，?duì)于圓形為直徑值，對(duì)于橢圓就是采用的長(zhǎng)軸值)對(duì)比，若兩障礙物間距大于吊裝物直徑，則該區(qū)域?yàn)榈跹b可穿越區(qū)域，若小于吊裝物可穿行直徑，則該區(qū)域?yàn)榈跹b物不可穿越區(qū)域。通過(guò)對(duì)吊裝區(qū)域中的可穿越區(qū)域進(jìn)行分析，并依據(jù)客戶(hù)需要的不同的原則，可以選擇不同的路徑完成吊裝規(guī)劃。路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)流程圖如下圖3所示。 在實(shí)際操作過(guò)程中，需要對(duì)吊裝物短軸進(jìn)行分析，例如分析橢圓短軸值、長(zhǎng)方形的寬度值作為吊裝物穿行直徑，此時(shí)需要時(shí)時(shí)分析障礙物整體都能夠穿過(guò)穿行路徑，吊裝物旋轉(zhuǎn)或者平移都要求吊裝物每個(gè)部分都不能與障礙物投影區(qū)域進(jìn)行碰撞。因此，在此處，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可使用吊裝物可穿行直徑來(lái)表示吊裝物的穿行值。起重機(jī)吊裝過(guò)程，是將吊裝物從吊裝起點(diǎn)B吊到吊裝終點(diǎn)A，如圖4所示，以吊裝起點(diǎn)B到回轉(zhuǎn)中心0的距離OB和吊裝終止點(diǎn)A到回轉(zhuǎn)中心0的距離OA中的較大值為半徑， 以回轉(zhuǎn)中心0為圓心，以0Α、0Β為母線(xiàn)進(jìn)行畫(huà)弧，得到一個(gè)扇形區(qū)域0ADB。在吊裝過(guò)程中， 常采用回轉(zhuǎn)和變幅相結(jié)合的方式進(jìn)行吊裝，為安全起見(jiàn)，常將吊裝操作變幅到較小的值，然后回轉(zhuǎn)進(jìn)行吊裝作業(yè)，因此將最大幅度設(shè)置為OA與OB的較大值。圖4得到的區(qū)域OADB可以看成吊裝物經(jīng)過(guò)的區(qū)域，也是本發(fā)明的實(shí)施例中討論的吊裝區(qū)域，其他區(qū)域的路徑與障礙物則不進(jìn)行分析討論。因此，與本實(shí)施例的吊裝路徑相關(guān)的障礙物為障礙物1至4，障礙物5和障礙物6則不在吊裝物的吊裝區(qū)域內(nèi)，可予以排除。在直角坐標(biāo)中，每個(gè)障礙物的外形都有表達(dá)式，而在極坐標(biāo)系中，其表達(dá)式又有不同。本發(fā)明的實(shí)施例當(dāng)中需要進(jìn)行投影表達(dá)式的轉(zhuǎn)換，并得出極坐標(biāo)系中表達(dá)式、極徑長(zhǎng)度范圍和角度范圍。在極坐標(biāo)系中，圓心在Ονφ)半徑為a的圓的方程為r2-2rrQCOS(e-cp)+rQ2=a2; rQ的范圍為[!^r2]，φ的范圍為[φι,φ2];而長(zhǎng)方形可以看出四條線(xiàn)段組成的函數(shù)集合，將長(zhǎng)方形表達(dá)式轉(zhuǎn)化為四條直線(xiàn)表達(dá)式。轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系后的吊裝區(qū)域投影如圖5所示其中的圓形和長(zhǎng)方形分別代表不同的障礙物規(guī)則化之后在吊裝區(qū)域內(nèi)的投影。為計(jì)算同角度極徑上的兩障礙物間間距，將圖5區(qū)域進(jìn)行以網(wǎng)格化，將極徑與角度等分，網(wǎng)格化吊裝區(qū)域，為進(jìn)行網(wǎng)格化數(shù)據(jù)處理，將障礙物進(jìn)行標(biāo)號(hào)，標(biāo)號(hào)后的吊裝區(qū)域圖如圖6所示。由于障礙物4位于有效吊裝區(qū)域的最小極徑之外，因此可以將障礙物4排除出吊裝物吊裝過(guò)程中所要考慮的障礙物之外。為獲取網(wǎng)格化吊裝區(qū)域?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)信息，建立與網(wǎng)格化區(qū)域?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表的形式如下所示
\Γ~~Θ Il I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9 I 10 I 11 I 12 I 13 I 14 I 15 I 16 I 17 I ... I ^
^\___________________
R1-__0 0 0 0 0__0__0__0 0 0__0__0__0__0__0__0__0__0 0
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K,n+A2R 0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~湖0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0_
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~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~ 0 0 ~0~ ι+腫ο"~ο"~ο"~ο"ο"“0~~0"“0~~0~~0~~0~~0~~00~~0~~0~~0~~0~~0~
K1^m 0~~0~~0~~0~~0 0~~0 0~~0~~0 0 0 0 0 0 0 0 0~~0~ ^n+i4AR0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0__0_
κ,,+ism 0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~ ... 0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~~0~ _5]|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o|o表1網(wǎng)格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原始表其中Rmin代表吊裝區(qū)域的最小極徑值，Δ R代表單個(gè)網(wǎng)格的極徑增加值，Θ·χ代表吊裝區(qū)域的最大極角。通過(guò)以上表格，將可行區(qū)域劃分為區(qū)域塊，以此來(lái)進(jìn)行區(qū)域分析。例如，網(wǎng)格化后，將吊裝作業(yè)區(qū)域分為了 N個(gè)角度來(lái)劃分區(qū)域，也將極徑劃分為M 段來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格化劃分。1-17表示N中的從1-17網(wǎng)格區(qū)域，1-15表示M中的從1_15網(wǎng)格區(qū)域。R表示為極徑，AR表示每個(gè)極徑分段后的長(zhǎng)度值；整個(gè)表表示為將吊裝作業(yè)區(qū)域用M 個(gè)極徑與N個(gè)角度劃分后，障礙物在網(wǎng)格中區(qū)域的位置信息。分析圖6中網(wǎng)格化后的吊裝區(qū)域，每個(gè)角度對(duì)應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)可能在不同的陰影投影區(qū)域，故要求分析網(wǎng)格點(diǎn)在投影區(qū)域的位置，若在投影區(qū)域，則將該點(diǎn)值標(biāo)識(shí)為投影區(qū)域的標(biāo)號(hào)，若不在則該值不變。如圖7所示，當(dāng)障礙物投影為長(zhǎng)方形時(shí)，在極坐標(biāo)系中，其re線(xiàn)段表達(dá)式為
P = ^-:, θ e [β, Y]，F(xiàn)C線(xiàn)段表達(dá)式ρ = +, θ e [α , y]；同理可以推導(dǎo)CD、⑶表 cos θSinfe1
達(dá)式。當(dāng)校驗(yàn)網(wǎng)格點(diǎn)E是否在矩形GTOD障礙物投影范圍內(nèi)時(shí)，假設(shè)已知OE的角度為θ。，幅度為0E，計(jì)算線(xiàn)段FC與GD在θ = θ ^時(shí)的極徑^與，校核此時(shí)OE的極徑是否在 [rGD, rFC]內(nèi)，同理校核OE*co/o θ q是否在[d，c]范圍內(nèi)，若OE在[rGD, rFC]內(nèi)，且ΟΕ、ο/0 在[d，c]內(nèi)，則可判定E點(diǎn)在障礙物區(qū)域內(nèi)。若其中一個(gè)條件不滿(mǎn)足，則網(wǎng)格點(diǎn)E不在障礙物區(qū)域內(nèi)。網(wǎng)格點(diǎn)E代表等分的多個(gè)極徑形成的弧度與多個(gè)極角所在極徑的交點(diǎn)。如圖8所示，校核網(wǎng)格點(diǎn)E是否在圓形陰影區(qū)域內(nèi)時(shí)，若已知點(diǎn)E處對(duì)應(yīng)的角度為 α，極徑為0E，α角度對(duì)應(yīng)的陰影區(qū)域的極徑值為OM與0Ν，分析α是否在陰影圖形對(duì)應(yīng)的角度范圍內(nèi)，若在則繼續(xù)分析此時(shí)OE是否在在
內(nèi)，若在則說(shuō)明此點(diǎn)在該陰影區(qū)域內(nèi)。通過(guò)以上方法，對(duì)各網(wǎng)格點(diǎn)E進(jìn)行校驗(yàn)，并將位于障礙物區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)E標(biāo)示為其所在的相應(yīng)障礙物編號(hào)，并對(duì)應(yīng)表一上所在的網(wǎng)格點(diǎn)，按照障礙物編號(hào)進(jìn)行標(biāo)示。對(duì)于未在障礙物區(qū)域內(nèi)的各網(wǎng)格點(diǎn)E，則繼續(xù)保持該表中原始值(原始值為0)，可以得到表2
K~Γ1Γ1|~4Γ~5Γ~6p7|~8|~9I 10 I 11 I 12 I 13 I 14 I 15 I ... I 6' ________________二
權(quán)利要求
1.一種起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，起重機(jī)包括起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)和變幅機(jī)構(gòu)，其特征在于， 該方法包括將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影；對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理，將障礙物的坐標(biāo)表達(dá)形式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)形式； 對(duì)位于吊裝物路徑上的障礙物進(jìn)行分析，確定吊裝物可通過(guò)路徑； 根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影包括確定吊裝物的工作區(qū)域；對(duì)工作區(qū)域內(nèi)的障礙物高度進(jìn)行分析，確定需要進(jìn)行投影的障礙物； 選定起重機(jī)工作平面，確定投影基準(zhǔn)面； 將需要進(jìn)行投影的障礙物在投影基準(zhǔn)面上進(jìn)行投影。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影之后，對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理之前還包括對(duì)投影在投影基準(zhǔn)面上的障礙物投影進(jìn)行規(guī)則化處理，使該障礙物投影形成預(yù)定的圖形形狀，該圖形形狀為正多邊形，矩形、圓形、或橢圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理，將障礙物的坐標(biāo)表達(dá)形式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)形式包括以起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)中心為回轉(zhuǎn)中心，以回轉(zhuǎn)中心距離吊裝起點(diǎn)和吊裝終點(diǎn)的距離中較大值為半徑，確定吊裝物的吊裝區(qū)域；對(duì)吊裝區(qū)域內(nèi)的障礙物進(jìn)行極徑化處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，對(duì)位于吊裝物路徑上的障礙物進(jìn)行分析包括 通過(guò)極坐標(biāo)將吊裝區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理，確定障礙物所在區(qū)域； 建立網(wǎng)格化區(qū)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表，確定可行吊裝工作區(qū)域； 建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，通過(guò)極坐標(biāo)將吊裝區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理包括將吊裝區(qū)域按照極徑方向和極角變化方向分割為多個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)； 確定障礙物所在區(qū)域包括檢驗(yàn)網(wǎng)格點(diǎn)是否在障礙物區(qū)域內(nèi)，并將位于障礙物區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)標(biāo)示為相應(yīng)的障礙物編號(hào)；建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表包括將標(biāo)示后的障礙物編號(hào)對(duì)應(yīng)填入網(wǎng)格化區(qū)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表內(nèi)，建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，檢驗(yàn)網(wǎng)格點(diǎn)是否在障礙物區(qū)域內(nèi)包括確定網(wǎng)格化區(qū)域內(nèi)障礙物的極坐標(biāo)范圍，并將網(wǎng)格點(diǎn)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)； 將網(wǎng)格點(diǎn)轉(zhuǎn)換的極坐標(biāo)與障礙物的極坐標(biāo)范圍進(jìn)行比較，確定網(wǎng)格點(diǎn)是否位于障礙物極坐標(biāo)網(wǎng)格化區(qū)域范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，建立障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表之后，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑之前還包括分析障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的變幅穿行直徑表。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的變幅穿行直徑表之后，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑之前還包括分析障礙物標(biāo)識(shí)網(wǎng)格數(shù)據(jù)表，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的回轉(zhuǎn)穿行直徑表。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，建立吊裝物在可行吊裝工作區(qū)域內(nèi)的回轉(zhuǎn)穿行直徑表之后，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑之前還包括比較吊裝物的變幅穿行直徑表和回轉(zhuǎn)穿行直徑表，確定吊裝物的可穿行直徑表。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑中的吊裝原則包括最短路徑原則、最安全原則和需跨越障礙物的吊裝路徑規(guī)劃。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑包括根據(jù)確定的吊裝原則選擇吊裝路徑參數(shù)和參數(shù)權(quán)重，確定吊裝路徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，當(dāng)?shù)跹b原則為最短路徑原則時(shí)，從吊裝起點(diǎn)向吊裝終點(diǎn)搜索路徑，使吊裝物進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)遇到障礙物或者穿行半徑小于吊裝物時(shí)，路徑朝靠近吊裝終點(diǎn)方向變幅運(yùn)動(dòng)一格； 再搜索新的路徑，并測(cè)試此時(shí)的可穿行半徑是否大于吊裝物可穿行直徑；重復(fù)上述步驟
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，當(dāng)?shù)跹b原則為最安全原則時(shí)，從吊裝起點(diǎn)使吊裝物變幅到最小幅度；當(dāng)遇到障礙物或者穿行半徑小于吊裝物時(shí)，路徑朝變幅增大方向運(yùn)動(dòng)一格； 搜索新的路徑，并測(cè)試此時(shí)的可穿行是否大于吊裝物可穿行直徑； 重復(fù)上述步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的吊裝物路徑規(guī)劃方法，其特征在于，當(dāng)進(jìn)行需跨越障礙物的吊裝路徑規(guī)劃時(shí)，首先對(duì)吊裝路徑進(jìn)行搜索；當(dāng)遇到必須跨越的障礙物區(qū)域時(shí)，將該障礙物取值標(biāo)示為最大可穿行半徑； 重新進(jìn)行路徑規(guī)劃，確定可行吊裝路徑。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法。該起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法包括將障礙物在起重機(jī)工作平面上進(jìn)行投影；對(duì)投影進(jìn)行極徑化處理，將障礙物的坐標(biāo)表達(dá)形式轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)表達(dá)形式；對(duì)位于吊裝物路徑上的障礙物進(jìn)行分析，確定吊裝物可通過(guò)路徑；根據(jù)吊裝原則確定吊裝路徑。根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)吊裝物路徑規(guī)劃方法，能夠快速高效地計(jì)算出障礙物之間的距離，精確地尋找吊裝規(guī)劃路徑，提高吊裝物吊運(yùn)的安全性和可靠性。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK102542361SQ20121000741
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者曾楊, 胡玉茹, 范卿, 黃文華 申請(qǐng)人:中聯(lián)重科股份有限公司