[发明专利]一种起重机搬运作业路径规划方法

权利要求书

1.一种起重机搬运作业路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据搬运作业的起始位置点和目的地位置点，建立垂直平面，使所述垂直平面经过所述起始位置点和目的地位置点；其中，所述垂直平面为平行于三维空间坐标中Z轴的空间平面，所述建立垂直平面包括以下操作：

建立三维空间坐标系，以起重机装载起吊物在大、小车运行和垂直下降三个运动方向的极限位置点作为所述三维空间坐标系的原点，以起重机的小车、大车和起升机构的运行方向分别作为所述三维空间坐标系的X、Y、Z方向，并确定所述起始位置点和目的地位置点的坐标；

通过以下公式计算平面法线：

其中，起始位置点的坐标为P_i(x_pi,y_pi,z_pi)，目的地位置点的坐标为U_j(x_uj,y_uj,z_uj)；

通过以下公式计算得到所述垂直平面：

(y_uj-y_pi)(x-x_pi)-(x_uj-x_pi)(y-y_pi)＝0，其中，x_pi,y_pi分别为起始位置点X、Y方向的坐标，x_uj,y_uj分别为目的地位置点X、Y方向的坐标；

S2、判断所述垂直平面是否与障碍物空间区域存在交集，若存在交集，则执行S3，若否，则将从所述起始位置点至目的地位置点之间的直线路径设为最优路径；

S3、判断所述障碍物空间区域的高度是否超过起重机的起升作业高度限值，若是，则执行S6-S8，若否，则执行S4-S5；其中，所述判断所述障碍物空间区域的高度是否超过起重机的起升作业高度限值包括以下操作：

根据以下公式计算的定义域：

{(x,y)|(y_uj-y_pi)(x-x_pi)-(x_uj-x_pi)(y-y_pi)＝0}，其中，x_pi,y_pi分别为起始位置X、Y方向的坐标，x_uj,y_uj分别为目的地位置X、Y方向的坐标；

若起重机的起升作业高度限值落入所述定义域范围，则判定为所述障碍物空间区域的高度超过起重机的起升作业高度限值，否则判定为所述障碍物空间区域的高度不超过起重机的起升作业高度限值；

S4、确定所述障碍物空间区域与所述垂直平面的相交轨迹；

S5、根据所述起始位置点、相交轨迹和目的地位置点，确定最优路径；其中，所述相交轨迹包括与所述起始位置点较近的第一端点和与所述起始位置点较远的第二端点，所述最优路径包括由起始位置点至第一端点，经过所述相交轨迹，再由第二端点至目的地位置点；

S6、对所述垂直平面进行水平面投影得到投影直线，对所述障碍物空间区域进行水平面投影得到投影区域；

S7、比较所述投影区域内的点到所述投影直线的距离，确定在非距离最远的点所在投影直线的一侧进行搬运作业；其中，在步骤S7之前，还包括进行以下操作：对所述投影区域进行规则化，得到规则化多边形，使所述投影区域落在所述规则化多边形内；

S8、根据所述起始位置点、投影区域在搬运作业一侧的外轮廓线及目的地位置点，确定最优路径；

步骤S7包括：计算所述规则化多边形的各个顶点到所述投影直线的距离，以距离最远的顶点所在投影直线一侧的另一侧作为搬运作业一侧；

步骤S8确定的最优路径的过程包括：确定所述搬运作业一侧的规则化多边形的一个或多个顶点中距所述投影直线偏移率最大的顶点，其包括将在所述搬运作业一侧的顶点中与所述起始位置点所在直线与所述投影直线之间的夹角最大的对应顶点作为所述距所述投影直线偏移率最大的顶点；步骤S8中的最优路径为从所述起始位置点出发，沿着直线水平移动至该顶点，再从该顶点以预设的摆动角度移动至所述目的地位置点；

所述步骤S8的搬运作业中需要进行起吊物摆动控制，起重机摆动控制参数在进行步骤S8的搬运作业之前预先计算获得，摆动控制参数计算步骤包括：通过以下公式确定起重机大、小车运行方向的运动参数：

x＝X₁₀+0.5α_x1t²+V_X10t (1)

y＝Y₁₀+0.5α_y1t²+V_Y10t (2)

其中，x,y分别为起重机小车在X、Y轴上的位置坐标，X₁₀,Y₁₀分别为起重机小车在X、Y轴的初始位置坐标，α_x1,α_y1分别为起重机在X、Y轴方向上的移动加速度，α_x1,α_y1同时分别为起重机在X、Y方向的摆动控制参数，V_X10,V_Y10分别为起重机在X、Y轴方向上的初始移动速度；

其中，起重机在X、Y轴方向上的摆动控制参数α_x1,α_y1分别通过以下公式计算得到：

其中，V_X,V_Y分别为起重机在X、Y轴方向上的移动速度，n为自然数，其中g为重力加速度，L为起重机钢丝绳长度。