利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2024114236403
申请人: 南通索朗装饰工程有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-05-11
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种建筑机械用作业机械臂动作路径规划方法,其特征在于,包括:

获取建筑区的所有三维立体数据,并基于建筑区的所有三维立体数据进行仿真构建建筑区三维立体模型;

获取建筑区的所有作业机械臂尺寸参数、动作参数和位置参数;

基于建筑区的所有作业机械臂的尺寸参数和位置参数于建筑区三维立体模型对应位置处进行对应构建对应比例的机械臂模型;

获取当前时刻的作业机械臂初始位置形态;

获取作业机械臂的作业指令,基于作业机械臂的作业指令,确定作业机械臂作业位置形态;

基于作业机械臂的动作参数,自动生成无阻碍状态下的作业机械臂动作路径,记为初步动作路径;

于建筑区三维立体模型中进行初步动作路径的运行模拟,判断初步动作路径是否与建筑区的物体发生碰撞,若是,则基于初步动作路径和作业机械臂的作业指令,于初步动作路径中与建筑区的物体发生碰撞的路径进行避障规划,记为避障动作路径,若否,则将初步动作路径记为避障动作路径;

基于当前时刻作业机械臂初始位置形态和避障动作路径,确定作业机械臂完成作业指令的作业机械臂位置形态-时刻动态变化指令;

获取建筑区的所有作业机械臂的作业机械臂位置形态-时刻动态变化指令;

判断建筑区的所有作业机械臂同时执行作业机械臂位置形态-时刻动态变化指令时,是否存在相同时刻,存在位置干涉的作业机械臂,若是,则基于避障动作路径,通过路径动态规划算法,于位置干涉的区域进行规划存在位置干涉的至少一个作业机械臂的动态避让规划,记为最终动作路径,若否,则将避障动作路径作为最终动作路径;

所述基于作业机械臂的动作参数,自动生成无阻碍状态下的作业机械臂动作路径,记为初步动作路径具体包括:基于作业机械臂的作业指令确定作业机械臂的工作点;

基于作业机械臂初始位置形态确定作业机械臂的工作点的初始位置点;

基于作业机械臂作业位置形态确定作业机械臂的工作点的作业位置点;

将作业机械臂的工作点的初始位置点和作业机械臂的工作点的作业位置点之间的连线作为作业机械臂的工作点作业路径;

基于作业机械臂的工作点作业路径,自动解算出作业机械臂各关节点的运动控制参数,记为初步控制参数;

确定在初步控制参数控制下整个作业机械臂每一点的运动轨迹,即为初步动作路径;

所述基于初步动作路径和作业机械臂的作业指令,于初步动作路径中与建筑区的物体发生碰撞的路径进行避障规划具体包括:确定初步动作路径与建筑区的物体发生碰撞的作业机械臂区域,记为待规避区域;

确定初步动作路径下待规避区域中运动轨迹与建筑区三维立体模型表面距离最远的点作为避障作业点;

确定避障作业点与建筑区三维立体模型发生碰撞起始时刻和发生碰撞终止时刻,分别记为避障起始时刻点和避障终止时刻点;

确定初步动作路径中避障作业点在避障起始时刻点和避障终止时刻点的位置,分别记为避障起始位置点和避障终止位置点;

于避障起始位置点和避障终止位置点生成可以完全避开三维立体模型表面的若干个曲线,记为初步避障曲线;

筛选出路程最小的初步避障曲线,记为最优避障曲线,将最优避障曲线替换掉初步动作路径中避障起始位置点和避障终止位置点的连线,得到避障作业点的避障路径;

基于避障作业点的避障路径自动解算出作业机械臂各关节点的运动控制参数,记为避障控制参数;

确定在避障控制参数控制下整个作业机械臂每一点的运动轨迹,即为避障动作路径;

所述路径动态规划算法具体包括:

确定发生干涉的两个作业机械臂,分别记为第一作业机械臂和第二作业机械臂;

确定作业机械臂位置干涉的开始时刻和终止时刻,记为干涉起始时刻和干涉终止时刻;

确定两个作业机械臂发生位置干涉的区域,分别记为第一干涉区域和第二干涉区域,第一干涉区域和第二干涉区域分别与第一作业机械臂和第二作业机械臂一一对应;

确定在两个作业机械臂的避障动作路径下第一干涉区域和第二干涉区域中路径轨迹距离最远的两个点,分别记为第一干涉作业点和第二干涉作业点;

基于避让规划算法,确定第一干涉作业点和第二干涉作业点避让时的避让路径,记为第一避让曲线和第二避让曲线;

分别计算第一避让曲线和第二避让曲线的避让指标,并筛选出避让指标最小的第一避让曲线或第二避让曲线,记为最优避让曲线;

确定最优避让曲线对应的作业机械臂,记为避让作业机械臂,将避让作业机械臂中干涉作业点的干涉起始时刻和干涉终止时刻的路径替换为最优避让曲线,得到干涉作业点的的避让路径;

基于避障作业点的避让路径自动解算出作业机械臂各关节点的运动控制参数,记为避让控制参数;

确定在避让控制参数控制下整个作业机械臂每一点的运动轨迹,即为最终动作路径;

所述避让规划算法具体为:

确定第一干涉区域或第二干涉区域在避障动作路径下,于干涉起始时刻和干涉终止时刻扫过的所有空间,记为第一干涉空间或第二干涉空间;

基于第一干涉作业点或第二干涉作业点于干涉起始时刻和干涉终止时刻的位置间生成若干个可以完全避开第二干涉空间或第一干涉空间的若干个曲线,记为初步避让曲线;

筛选出路程最小的初步避让曲线,记为第一避让曲线或第二避让曲线;

所述避让指标的计算方法为:

分别确定第一作业机械臂和作业机械臂按照第一避让曲线或第二避让曲线运动时造成的功耗增加值,分别记为第一功耗增加值和第二功耗增加值;

分别确定第一作业机械臂和作业机械臂按照第一避让曲线或第二避让曲线运动时造成的耗时增加值,分别记为第一耗时增加值和第二耗时增加值;

基于避让指标计算公式计算第一避让曲线和第二避让曲线的避让指标;

所述避让指标计算公式具体为:

式中, 为第一避让曲线的避让指标, 为第二避让曲线的避让指标, 为第一功耗增加值, 为第二功耗增加值, 为第一耗时增加值, 为第二耗时增加值, 为效率权重。

2.一种建筑机械用作业机械臂动作路径规划系统,其特征在于,用于实现如权利要求1所述的建筑机械用作业机械臂动作路径规划方法,包括:仿真模拟模块,所述仿真模拟模块基于MATLAB或ADAMS中任一种开发,所述仿真模拟模块用于获取建筑区的所有三维立体数据,并基于建筑区的所有三维立体数据进行仿真构建建筑区三维立体模型,获取建筑区的所有作业机械臂尺寸参数、动作参数和位置参数,并基于建筑区的所有作业机械臂的尺寸参数和位置参数于建筑区三维立体模型对应位置处进行对应构建对应比例的机械臂模型,并控制作业机械臂进行运行模拟;

路径初生成模块,所述路径初生成模块用于获取当前时刻的作业机械臂初始位置形态,获取作业机械臂的作业指令,基于作业机械臂的作业指令,确定作业机械臂作业位置形态,基于作业机械臂的动作参数,自动生成无阻碍状态下的作业机械臂动作路径,记为初步动作路径;

避障模块,所述避障模块与所述仿真模拟模块和路径初生成模块电性连接,所述避障模块用于当初步动作路径与建筑区的物体发生碰撞时,于初步动作路径中与建筑区的物体发生碰撞的路径进行避障规划,记为避障动作路径;

干涉避让模块,所述干涉避让模块与所述避障模块和仿真模拟模块电性连接,所述干涉避让模块用于当多个作业机械臂发生运动干涉时,基于避障动作路径,通过路径动态规划算法,于位置干涉的区域进行规划存在位置干涉的至少一个作业机械臂的动态避让规划,记为最终动作路径。

3.根据权利要求2所述的一种建筑机械用作业机械臂动作路径规划系统,其特征在于,所述避障模块包括:避障点分析单元,所述避障点分析单元用于确定初步动作路径与建筑区的物体发生碰撞的作业机械臂区域,记为待规避区域,确定初步动作路径下待规避区域中运动轨迹与建筑区三维立体模型表面距离最远的点作为避障作业点;

避障规划单元,所述避障规划单元用于确定避障作业点与建筑区三维立体模型发生碰撞起始时刻和发生碰撞终止时刻,分别记为避障起始时刻点和避障终止时刻点,确定初步动作路径中避障作业点在避障起始时刻点和避障终止时刻点的位置,分别记为避障起始位置点和避障终止位置点,于避障起始位置点和避障终止位置点生成可以完全避开三维立体模型表面的若干个曲线,记为初步避障曲线,筛选出路程最小的初步避障曲线,记为最优避障曲线;

避障替换单元,所述避障替换单元用于将最优避障曲线替换掉初步动作路径中避障起始位置点和避障终止位置点的连线,得到避障作业点的避障路径,基于避障作业点的避障路径自动解算出作业机械臂各关节点的运动控制参数,记为避障控制参数,确定在避障控制参数控制下整个作业机械臂每一点的运动轨迹,即为避障动作路径。

4.根据权利要求3所述的一种建筑机械用作业机械臂动作路径规划系统,其特征在于,所述干涉避让模块包括:干涉分析单元,所述干涉分析单元用于确定发生干涉的两个作业机械臂,分别记为第一作业机械臂和第二作业机械臂,确定作业机械臂位置干涉的开始时刻和终止时刻,记为干涉起始时刻和干涉终止时刻,确定两个作业机械臂发生位置干涉的区域,分别记为第一干涉区域和第二干涉区域,第一干涉区域和第二干涉区域分别与第一作业机械臂和第二作业机械臂一一对应,确定在两个作业机械臂的避障动作路径下第一干涉区域和第二干涉区域中路径轨迹距离最远的两个点,分别记为第一干涉作业点和第二干涉作业点,基于避让规划算法,确定第一干涉作业点和第二干涉作业点避让时的避让路径,记为第一避让曲线和第二避让曲线;

避让机械臂确定单元,所述避让机械臂确定单元用于分别计算第一避让曲线和第二避让曲线的避让指标,并筛选出避让指标最小的第一避让曲线或第二避让曲线,记为最优避让曲线,确定最优避让曲线对应的作业机械臂,记为避让作业机械臂;

避让替换单元,所述避让替换单元用于将避让作业机械臂中干涉作业点的干涉起始时刻和干涉终止时刻的路径替换为最优避让曲线,得到干涉作业点的的避让路径,基于避障作业点的避让路径自动解算出作业机械臂各关节点的运动控制参数,记为避让控制参数,确定在避让控制参数控制下整个作业机械臂每一点的运动轨迹,即为最终动作路径。