[发明专利]工程机械入场路径规划方法和路径规划装置

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种工程机械入场路径规划方法和路径规划装置。

背景技术

一般工程机械体积庞大，而在施工环境较为复杂，存在各种障碍物。因此将例如起重机等大型工程机械布置到工位上，需要对工程机械的入场路径进行规划。

在工程机械入场路径规划中，必须保证工程机械安全地通过障碍物之间的缝隙，防止出现工程机械与障碍物发生碰撞，另外，由于工程机械的重量和体积都较大，进行路径规划还需要对行进的距离和转向次数进行综合考虑。

现有的工程机械入场一般依靠人工勘查，通过操作人员的个人经验进行操作，不能保证是否是最优方案，另外也无法保证顺利通过所有障碍物，有时甚至出现退回重新选择路径的情况。目前有文献中提出使用遍历的方法进行计算距离，首先将障碍物转为凸形物体，对障碍物间的间距进行遍历距离计算，这种方法计算量大，计算耗时长，而且没有充分考虑工程机械的转弯情况，不满足实际工程机械在三维场景中进行规划需求。

以上现有技术工程机械入场路径规划中没有结合工程机械实际转弯特点的问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种工程机械入场路径规划方法和路径规划装置，以解决现有技术中入场路径规划中没有结合工程机械实际转弯特点的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种工程机械入场路径规划方法。本发明提供的工程机械入场路径规划方法包括：将入场区域内的障碍物的三维模型投影到水平面上，得到障碍物的二维投影轮廓；利用二维投影轮廓分别计算每两个相邻障碍物之间的最短连线，并标记最短连线的中点；计算工程机械经由最短连线的中点到达目标位置的各条路径，并对各条路径进行路径规划计算；分别计算工程机械按照经过路径计算的各条路径入场需要行进的距离、转弯次数、和工程机械通过障碍物时与障碍物的最小距离；按照需要行进的距离、转弯次数、和工程机械通过障碍物时与障碍物的最小距离对经过路径计算的各条路径进行排序，并根据排序结果输出各条入场路径。

进一步地，利用二维投影轮廓分别计算每两个相邻障碍物之间的最短连线包括：使用层次包围盒法分别对每个障碍物的二维投影轮廓进行计算，得到每个障碍物的包围盒轮廓；分别计算每两个相邻障碍物的包围盒轮廓之间的最短连线，作为每两个相邻障碍物之间的最短连线。

进一步地，使用层次包围盒法分别对每个障碍物的二维投影轮廓进行计算，得到每个障碍物的包围盒轮廓包括：使用方向包围盒对每个障碍物的二维投影轮廓进行计算，得到每个障碍物的矩形轮廓；分别计算每两个相邻障碍物的包围盒轮廓之间的最短连线包括：分别计算每两个相邻障碍物的矩形轮廓之间的最短连线。

进一步地，计算工程机械经由最短连线的中点到达目标位置的各条路径包括：沿当前点向目标点的前进方向进行路径探索；当前进方向上遇到障碍物时，判断遇到的障碍物的至少一侧是否存在该障碍物到与该障碍物相邻的障碍物的最短连线；当遇到的障碍物的至少一侧存在该障碍物到与该障碍物相邻的障碍物的最短连线时，通过最短连线的中点向目标点搜索路径，并记录当前点到该中点的路径。

进一步地，判断遇到的障碍物的至少一侧是否存在该障碍物到与该障碍物相邻的障碍物的最短连线之后还包括：当障碍物的至少一侧不存在该障碍物到与该障碍物相邻的障碍物的最短连线时，根据工程机械绕行障碍物的安全距离查找距离最短的转向点，通过转向点向目标点搜索路径，并记录当前点到转向点的路径。

进一步地，对各条路径进行路径规划计算之后还包括：分别判断经过路径计算的各条路径中所有最短连线的距离是否都大于工程机械的转弯安全距离；删除出现最短连线的距离小于工程机械的转弯安全距离的路径。

进一步地，工程机械的转弯安全距离为工程机械外轮廓的最大转弯半径与内轮廓的最小半径之差加上预设裕值。

进一步地，分别计算工程机械按照经过路径计算的各条路径入场需要行进的距离包括：计算经过路径计算的各条路径中工程机械转弯的中心点、半径、和转向位置；分别对经过路径计算的各条路径中工程机械转弯的弧线距离进行累加得到各条路径入场需要行进的距离。

进一步地，计算工程机械经由最短连线的中点到达目标位置的各条路径包括：使用二叉树算法遍历计算工程机械经由最短连线的中点到达目标位置的各条路径。

进一步地，对二叉树各条路径进行路径规划计算包括：使用迪杰斯特拉算法对二叉树各条路径分别进行路径规划计算。