本發(fā)明屬于路徑規(guī)劃優(yōu)化,尤其涉及一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法。
背景技術:
1、煤礦井下支架搬運機器人是一種專門用于煤礦井下環(huán)境中進行支架搬運工作的機器人設備。在煤礦井下開采過程中,礦工需要移動和調整支架來支撐煤礦巷道的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的支架搬運工作通常由礦工手動完成,這不僅存在安全風險,而且勞動強度大。
2、煤礦井下支架搬運機器人通過搭載各種傳感器、攝像頭和機械臂等裝置,具備自主感知和操作能力。它可以在煤礦井下環(huán)境中自主移動,準確定位并抓取支架,然后將其移動到指定位置。機器人還可以通過與其他設備進行通信,實現(xiàn)對支架的遠程控制和監(jiān)測。
3、但是傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法需要對環(huán)境進行詳細的建模和計算,包括地圖構建、路徑搜索和代價函數(shù)等,在巷道下,由于環(huán)境復雜性和不確定性的存在,進行準確的建模和計算是困難且耗時的。并且傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法往往只考慮最短路徑或最快路徑,忽略了安全性的考慮。這可能導致機器人選擇不安全的路徑,增加事故風險,實際應用效果不佳。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于:為了解決傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法需要對環(huán)境進行詳細的建模和計算,包括地圖構建、路徑搜索和代價函數(shù)等,在巷道下,由于環(huán)境復雜性和不確定性的存在,進行準確的建模和計算是困難且耗時的。并且傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法往往只考慮最短路徑或最快路徑,忽略了安全性的考慮。這可能導致機器人選擇不安全的路徑,增加事故風險的問題,而提出的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法。
2、為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用了如下技術方案:一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,包括如下步驟:
3、s1、先進行信息及數(shù)據(jù)進行獲??;
4、s2、對于獲取的信息及數(shù)據(jù)進行處理;
5、s3、采用獲取的信息及數(shù)據(jù),參考狀態(tài)柵格算法生成離線軌跡庫;
6、s4、對規(guī)劃環(huán)境進行建模;
7、s5、過濾包含障礙物的路徑。
8、進一步的,該方法通過傳感器獲取的環(huán)境信息和起點與目標點之間的關系,依次遍歷提前生成的離線路徑庫,尋找最大概率的路徑作為可行路徑,提出包含障礙物的路徑,并在規(guī)劃中迭代上述步驟,直到目標點,即并非通過礦下實時生成當前位置的最優(yōu)路徑,而是檢索離線軌跡庫中與當前位置最契合的最優(yōu)路徑,有效解決了傳統(tǒng)方法在巷道環(huán)境下工控機實時運算速度較慢的問題,也能夠提高路徑規(guī)劃速度與質量,保證工作安全性。
9、作為上述技術方案的進一步描述:
10、所述s1中,先進行信息及數(shù)據(jù)進行獲取,獲取的信息及數(shù)據(jù)包括煤礦井下的地圖信息、搬運機器人的規(guī)格參數(shù)、搬運機器人的運行參數(shù)。
11、作為上述技術方案的進一步描述:
12、所述s2中,對于獲取的信息及數(shù)據(jù)進行處理,處理的具體步驟為:先對于數(shù)據(jù)、信息進行平鋪,對于數(shù)據(jù)、信息進行逐一篩查,篩查出異常信息及數(shù)據(jù)并對其的位置進行標記,刪除篩查的異常信息及數(shù)據(jù),對于該刪除的異常信息及數(shù)據(jù)進行回溯,填補刪除的異常信息,最后對于處理的信息及數(shù)據(jù)進行分類并分組編號,分組編號采用數(shù)字編號、字母編號中的一種或多種,進行數(shù)據(jù)及信息處理需要應用的軟件為fonelabdataretriever軟件、wisedatarecovery軟件、windowsfilerecovery軟件中的一種或多種。
13、作為上述技術方案的進一步描述:
14、所述s3中,采用獲取的信息及數(shù)據(jù),參考狀態(tài)柵格算法生成離線軌跡庫,其具體步驟為:根據(jù)先驗地圖,將連續(xù)的二維空間劃分為大小相等的正方形柵格,每個柵格都表示一個離散的狀態(tài),用坐標(x,y)來唯一標識;根據(jù)柵格所處的環(huán)境,為每個柵格分配一個狀態(tài)值,表示該柵格的可達性或代價;采用a*算法在柵格地圖上尋找從起點到終點的最優(yōu)路徑;搜索算法會根據(jù)當前柵格的狀態(tài)值和啟發(fā)式函數(shù)來選擇下一步前進的方向;不斷擴展搜索空間,直到找到從起點到終點的最優(yōu)路徑。
15、作為上述技術方案的進一步描述:
16、所述s3中,對于障礙物所在的柵格,將其狀態(tài)值設為一個正無窮,表示不可達;對于空閑的通過柵格,將其狀態(tài)值設為一個正數(shù),反映通過該柵格的代價。
17、作為上述技術方案的進一步描述:
18、所述s4中,對規(guī)劃環(huán)境進行建模,規(guī)定如下:
19、r為全局環(huán)境,qr為機器人占據(jù)的環(huán)境,mq為機器人起始位置,nq為終點位置,為機器人在起始位置m駛向的可能方向,為機器人在邊緣位置l駛向的可能方向,sq為傳感器的感知范圍,障礙物為o,l為傳感器感知范圍的邊緣,為概率值最大的一組軌跡,為起始位置到達終點位置n的概率,|為邊緣位置到達終點位置n的概率,為邊緣位置到達終點位置n的概率,為為樣本邊緣位置到達終點位置n的概率。
20、作為上述技術方案的進一步描述:
21、所述s4中,對規(guī)劃環(huán)境進行建模中應用的公式如下:
22、|
23、根據(jù)|指定n的樣本為以及蒙特卡洛采樣定理可得:
24、|
25、從而得到簡化公式:
26、。
27、作為上述技術方案的進一步描述:
28、所述s5中,過濾包含障礙物的路徑:
29、設所示公式判斷當前路徑是否存在障礙物:;
30、將所示引入中,得:。
31、作為上述技術方案的進一步描述:
32、所述s5中,其中某條路徑被障礙物占據(jù),則該路徑概率為0,搜索時不予考慮,具有最高值的為機器人執(zhí)行路徑。
33、作為上述技術方案的進一步描述:
34、所述s5中,通過傳感器獲取的環(huán)境信息和起點與目標點之間的關系,依次遍歷提前生成的離線路徑庫,尋找最大概率的路徑作為可行路徑,提出包含障礙物的路徑,并在規(guī)劃中迭代上述步驟,直到目標點,即并非通過礦下實時生成當前位置的最優(yōu)路徑,而是檢索離線軌跡庫中與當前位置最契合的最優(yōu)路徑。
35、綜上所述,由于采用了上述技術方案,本發(fā)明的有益效果是:
36、本發(fā)明中,該方法通過傳感器獲取的環(huán)境信息和起點與目標點之間的關系,依次遍歷提前生成的離線路徑庫,尋找最大概率的路徑作為可行路徑,提出包含障礙物的路徑,并在規(guī)劃中迭代上述步驟,直到目標點,即并非通過礦下實時生成當前位置的最優(yōu)路徑,而是檢索離線軌跡庫中與當前位置最契合的最優(yōu)路徑,有效解決了傳統(tǒng)方法在巷道環(huán)境下工控機實時運算速度較慢的問題,也能夠提高路徑規(guī)劃速度與質量,保證工作安全性。
1.一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于:包括如下步驟:
2.根據(jù)權利要求1所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s1中,先進行信息及數(shù)據(jù)進行獲取,獲取的信息及數(shù)據(jù)包括煤礦井下的地圖信息、搬運機器人的規(guī)格參數(shù)、搬運機器人的運行參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s2中,對于獲取的信息及數(shù)據(jù)進行處理,處理的具體步驟為:先對于數(shù)據(jù)、信息進行平鋪,對于數(shù)據(jù)、信息進行逐一篩查,篩查出異常信息及數(shù)據(jù)并對其的位置進行標記,刪除篩查的異常信息及數(shù)據(jù),對于該刪除的異常信息及數(shù)據(jù)進行回溯,填補刪除的異常信息,最后對于處理的信息及數(shù)據(jù)進行分類并分組編號,分組編號采用數(shù)字編號、字母編號中的一種或多種,進行數(shù)據(jù)及信息處理需要應用的軟件為fonelabdataretriever軟件、wisedatarecovery軟件、windowsfilerecovery軟件中的一種或多種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s3中,采用獲取的信息及數(shù)據(jù),參考狀態(tài)柵格算法生成離線軌跡庫,其具體步驟為:根據(jù)先驗地圖,將連續(xù)的二維空間劃分為大小相等的正方形柵格,每個柵格都表示一個離散的狀態(tài),用坐標(x,y)來唯一標識;根據(jù)柵格所處的環(huán)境,為每個柵格分配一個狀態(tài)值,表示該柵格的可達性或代價;采用a*算法在柵格地圖上尋找從起點到終點的最優(yōu)路徑;搜索算法會根據(jù)當前柵格的狀態(tài)值和啟發(fā)式函數(shù)來選擇下一步前進的方向;不斷擴展搜索空間,直到找到從起點到終點的最優(yōu)路徑。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s3中,對于障礙物所在的柵格,將其狀態(tài)值設為一個正無窮,表示不可達;對于空閑的通過柵格,將其狀態(tài)值設為一個正數(shù),反映通過該柵格的代價。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s4中,對規(guī)劃環(huán)境進行建模,規(guī)定如下:
7.根據(jù)權利要求1所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s5中,過濾包含障礙物的路徑:
8.根據(jù)權利要求7所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s5中,其中某條路徑被障礙物占據(jù),則該路徑概率為0,搜索時不予考慮,具有最高值的為機器人執(zhí)行路徑。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種煤礦井下支架搬運機器人路徑規(guī)劃優(yōu)化方法,其特征在于,所述s5中,通過傳感器獲取的環(huán)境信息和起點與目標點之間的關系,依次遍歷提前生成的離線路徑庫,尋找最大概率的路徑作為可行路徑,提出包含障礙物的路徑,并在規(guī)劃中迭代上述步驟,直到目標點,即并非通過礦下實時生成當前位置的最優(yōu)路徑,而是檢索離線軌跡庫中與當前位置最契合的最優(yōu)路徑。