利索能及
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专利号: 202311049941X
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于狭窄空间的盾构机换刀机器人路径规划方法,包括如下步骤:S1:初始化地图和随机树,根据随机点和步长选择公式生成新节点;

S1.1:初始化地图信息,初始化随机树,设置盾构机换刀通道宽度阈值,表示盾构机换刀机器人安全工作的宽度;

S1.2:采样区域范围内取随机采样点Xrand,寻找所有节点集Xnodes中距离随机采样点Xrand最近的点作为最近节点Xnear;

S1.3:根据随机点选择函数重构随机点Xrand,随机点选择公式为:式中:Xstart为起始节点,Xend为目标节点,ω为目标权重因子,β为随机数,ε为概率因子,nar为狭窄通道检测结果,其中nar=0表示狭窄通道,nar=1表示安全换刀通道,flag为通行标志,其中flag=1表示允许通行,flag=0表示禁止通行,Spi为凹形障碍物检测结果,其中Spi=1表示碰撞检测结果为凹形障碍物,Spi=0表示碰撞检测结果为非凹形障碍物;

S1.4:根据步长选择公式,构建新生节点并将新生节点Xnew存入有效节点集Xnodes中,其中步长ρ的选择公式和新生节点Xnew的公式分别为:式中:ρ1为安全换刀通道的步长,ρ2为狭窄换刀通道的步长,nar为狭窄通道检测结果,其中nar=0表示狭窄通道,nar=1表示安全换刀通道;

式中:Xrand为随机采样点,Xnear为离随机采样点最近的节点;

S2:判断换刀通道类型并选择安全换刀通道;

S2.1:利用入口识别算法判断盾构机换刀通道是否是安全通道,若是则继续前行,否则停止前进使flag=0进入S2.3,安全换刀通道判断条件为:式中:nar=0表示狭窄换刀通道,nar=1表示安全换刀通道,max_width为宽度阈值,cur_width为当前位置换刀通道的宽度;

S2.2:判断安全换刀通道是否是凹形陷阱,若安全换刀通道是凹形陷阱,则进入S1.3,否则进入S3.1;

S2.3:计算当前换刀通道的代价函数,进入S2.4,代价函数cost为:cost=(max_width‑cur_width)/max_width       (11)式中:max_width为宽度阈值,cur_width为当前位置换刀通道的宽度;

S2.4:通过计算当前换刀通道的代价函数cost判断换刀通道是否是极限换刀通道,若0

S2.5:判断采样次数k是否超过区域采样阈值K,若采样次数k没有超过采样阈值K,则进入S2.6,否则进入S2.7;

S2.6:记录此时通道位置Xnewnode1坐标(x,y),并使flag=1,使节点继续扩展,并将计算到的代价值映射到概率权重,进入S1.3,概率权重weight公式:weight=1/(1+λcost)           (12)式中:cost是计算得到的代价值,λ是调整参数,用于控制映射的曲率;

S2.7:通过比较每条狭窄换刀通道的概率权重,选择最优通道;

S3:生成路径并进行逆向寻优;

S3.1:判断新生节点Xnew是否满足||Xend‑Xnew||≤radius,是进入S3.2,否进入S1.3,其中,||Xend‑Xnew||为计算目标节点Xend和新生节点Xnew的距离公式,radius为范围阈值;

S3.2:逆行连接有效节点集Xnodes中的各个节点,输出初始路径;

S3.3:利用逆向寻优的方法対生成路径进行初步优化。