[发明专利]一种桥式起重机安全避障路径规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种桥式起重机安全避障路径规划方法及系统，其技术方案为：根据起重机运行速度划定实时路径规划动态范围窗口，获取窗口内障碍物的速度和位置信息，建立障碍物排斥力势场；获取目的点位置，将起重机位置到目的点连线与窗口边界作为局部目的点，建立吸引力势场；将排斥力场和吸引力场相加得到合势场，自起重机位置进行邻域搜索，得到受势场力最小路径；对路径做平滑处理，并将其作为参考轨迹输入模型预测控制器，完成局部路径规划；重复局部路径规划，直至目的点进入窗口；将目的点作为目标点，完成安全避障路径规划任务。本发明可以实时建立起重机危险区域范围内的运动势场，对于不同运动状态的障碍物，实时规划有效的安全避障路径。

技术领域

本发明涉及危险空间避障路径规划技术领域，尤其涉及一种桥式起重机安全避障路径规划方法及系统。

背景技术

随着工业的快速发展，桥式起重机在现代化生产过程中扮演越来越重要的角色，因此对桥式起重机控制过程中的危险空间避障路径规划的要求也越来越高。

目前大部分工厂都是通过工作人员来操作桥式起重机搬运物体，对于搬运路径上可能存在的障碍物，传统的方式大多通过工作人员手动控制避障，或针对固定障碍规划避障路线。工作人员手动操作有时可能会因为工作人员的操作能力不足导致避障效果差，甚至发生碰撞，而固定障碍路径规划对于工厂中存在的其他移动设备，无法实现有效的避障路径规划。同时，在避障过程中，传统的方法在避障运行的同时，无法对负载的摇摆进行有效的抑制，极大增加了负载与障碍物的碰撞几率。因此，传统方法在工厂实际工作工程中，无法确保对复杂障碍的有效避障。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种桥式起重机安全避障路径规划方法及系统，可以实时建立起重机危险区域范围内的运动势场，对于不同运动状态的障碍物，实时规划有效的安全避障路径，并在运动过程中抑制了负载的摆动。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种桥式起重机安全避障路径规划方法，包括：

根据起重机运行速度划定实时路径规划动态范围窗口，获取窗口内障碍物的速度和位置信息，建立障碍物排斥力势场；

获取目的点位置，将起重机位置到目的点连线与窗口边界作为局部目的点，建立吸引力势场；

将排斥力场和吸引力场相加得到合势场，自起重机位置进行邻域搜索，得到受势场力最小的路径；

对所述路径做平滑处理，并将其作为参考轨迹输入模型预测控制器中，完成局部路径规划任务；

重复局部路径规划任务，直至目的点进入窗口；将目的点作为目标点，完成安全避障路径规划任务。

作为进一步的实现方式，所述动态范围窗口的半径是与运行速度相关的函数d＝f(v)，参数d的测算基于实时速度的刹车距离。

作为进一步的实现方式，对于不同速度测算对应的无摇摆刹车距离，采用线性规划的方式得到对应关系d＝f(v)。

作为进一步的实现方式，障碍物的排斥力势场可以被表示为U_o＝a·e^-bP,

其中，a为排斥力势场系数，b为障碍物势场影响范围系数；P为障碍物与桥式起重机之间的直线相对距离。

作为进一步的实现方式，对于窗口内局部目的点(x_t，y_t)，

局部吸引力势场表示为其中s为吸引力势场系数，x₀表示起重机行进方向的位置，y₀表示起重机侧向的位置。

作为进一步的实现方式，提取受势场力最小路径的x,y两个方向的轨迹。