[发明专利]一种基于运动规划的集装箱装卸方法

说明书

本发明涉及路径规划技术领域，公开了一种基于运动规划的集装箱装卸方法，用激光及视觉传感器扫描集装箱的高度和长度；利用计算机预设吊具的运作轨迹；激光及视觉传感器在运动过程中对堆场中的集装箱进行动态扫描，利用计算机选择控制相应的龙门吊具，达到合理的安排不同的龙门吊具以便于更好的对不同的集装箱进行抓取和输送，同时，根据计算机中储存的不同放置区的放置信息及动态检测到的堆场堆箱数据，对集装箱作业进行统筹安排，不仅有利于集装箱的放置，同时为下次集装箱的提取提供了优化位置，利用计算机计算每个集装箱最后的角度和高度，达到合理分配和放置集装箱的效果，并且避免了集装箱与其周边箱体的碰撞，从而提高了安全性。

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，具体为一种基于运动规划的集装箱装卸方法。

背景技术

路径规划是运动规划的主要研究内容之一。运动规划由路径规划和轨迹跟踪组成，连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规划。路径规划在很多领域都具有广泛的应用。其中，在集装箱运输领域的运用是本发明所要阐述的重点。

路径规划指的是集装箱吊具在抓取、运输、摆放集装箱过程中，有障碍物等干扰工作环境中下，如何找到一条从起点到终点适当的运动路径，使吊具在运动过程中能安全、无碰撞地绕过所有障碍物。这不同于用动态规划等方法求得的最短路径，而是指移动吊具能对静态及动态环境做出综合性判断，进行智能决策。

目前，国内外港口对集装箱的操作主要是现场人工操作及半自动化远程协作。现场人工司机容易受天气条件及作业环境、作业时间影响，产生疲劳感、作业盲区等影响安全作业的因素，并因此影响作业效率。同时，由于运动路径的调度、控制主要依赖于经验，而并非经过优化，因而影响了作业效率；且容易发生意外，如发生机械碰擦、撞击(打保龄)。

根据目前该领域的运动规划与防撞技术的研究成果，以下介绍几种常见的运动规划方法与防撞技术实现方法。

运动规划：(1)人工势场，机器人在工作环境中，只受到目标点对它的引力和障碍物对它的斥力，在引力与斥力的合力作用下逐步前进。(2)快速扩展随机树，采用方向向量进行约束，使节点在随机生成过程中尽量沿此方向选取，达到减少路径搜索中随机性的目的，使扩展树向最优方向目标点搜索。

碰撞检测：(1)基于圆柱包络,使用圆柱包络能够更好地简化机械臂模型并且不失其结构特征。(2)基于AABB(Axis-Aligned Bounding Boxes)轴向包围盒，当且仅当两个AABB在三个坐标轴的投影均重叠时它们才会发生干涉，这样便可以将三维碰撞问题转化为一维几何图形求交集的问题。(3)基于包围球，结构简单，而且包围球不会因物体做旋转运动而实时更新。

根据多组实验数据的对比，优选出一个最优的方案。对于运动规划，快速扩展随机树，特点是算法建构简单，并且可以快速遍历空间的未探索区域，而通过手动设定找到实现这种效果的函数却是很难的。同时其可以在基本算法基础上，对空间的搜索加入带有输入参数的控制函数，使算法可以适用于不同约束条件下的路径搜索。因而，在集装箱码头的实例运行中，可以提供快速、有效动态规划解，因而是一种理想的解决方案。

在数学上，一族平面直线或曲线的“包络”是指一条与这族直线或曲线中任意一条都相切的曲线。而对于碰撞检测问题，圆柱包络线已广泛运用案例。而在集装箱码头的场景中，集装箱体和其周边物体可以抽象成上述抽象模型的圆柱体。这样，使用圆柱包络模型可以很好的解决防撞问题，有效地提高了生产的安全性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于运动规划的集装箱装卸方法，具备便于集装箱的输送和摆放等优点，解决了由于需要多个集装箱一起移动，会存在路径交叉的结果，多个集装箱一起移动时就会发生碰撞打保龄的问题。

(二)技术方案