本發(fā)明涉及螺栓緊固，具體涉及一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、目前，接觸網(wǎng)檢修在電氣化鐵路系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，關(guān)系到列車的安全運(yùn)行和電力供應(yīng)的可靠性。接觸網(wǎng)系統(tǒng)由架空接觸線、支撐結(jié)構(gòu)和變電站等組成，其復(fù)雜性和高電壓特性使得檢修工作具有較高的技術(shù)要求和安全風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)檢修方式主要依賴人工巡檢，檢修人員需要定期對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行目視檢查和設(shè)備維護(hù)，這種方法不僅工作強(qiáng)度大，且容易受天氣、環(huán)境和時(shí)間等因素影響，存在較大的安全隱患和效率低下的問(wèn)題。為了提高檢修效率和安全性，近年來(lái)，接觸網(wǎng)檢修逐漸向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，如無(wú)人機(jī)巡檢、智能機(jī)器人以及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，大大提升了接觸網(wǎng)檢修的效率和精準(zhǔn)度。

2、智能機(jī)器人檢修在電氣化鐵路的接觸網(wǎng)系統(tǒng)中展現(xiàn)了顯著的好處和優(yōu)勢(shì)，其步驟包括準(zhǔn)備、檢測(cè)、維修和后續(xù)處理等環(huán)節(jié)。首先，機(jī)器人檢修大大提高了檢修工作的安全性和效率。由于接觸網(wǎng)系統(tǒng)通常處于高壓環(huán)境中，人工檢修存在較大風(fēng)險(xiǎn)，而機(jī)器人能夠在高壓條件下安全操作，避免了人員傷亡事故。此外，機(jī)器人配備了多種先進(jìn)傳感器和檢測(cè)設(shè)備，能夠精確檢測(cè)接觸網(wǎng)的各類故障，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性。機(jī)器人檢修還具有高效性，不受天氣和時(shí)間限制，可以在列車運(yùn)行間隙進(jìn)行，有效減少了因檢修導(dǎo)致的運(yùn)營(yíng)中斷。本技術(shù)為實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂對(duì)接觸網(wǎng)的螺栓緊固，需要移動(dòng)機(jī)械臂底座使其至接觸網(wǎng)附近，再通過(guò)改進(jìn)的rrt-connect算法對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃，在得到路徑之后通過(guò)插值法對(duì)路徑進(jìn)行插值，使得機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡更加平滑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，通過(guò)改進(jìn)的rrt-connect算法對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂對(duì)接觸網(wǎng)的螺栓緊固。

2、根據(jù)第一方面，一種實(shí)施例中提供一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法，所述方法包括：

3、控制檢修車移動(dòng)并停至接觸網(wǎng)處，采集接觸網(wǎng)的位置信息并進(jìn)行停車誤差補(bǔ)償；

4、控制機(jī)械臂移動(dòng)至待緊固螺栓預(yù)設(shè)距離處，以機(jī)械臂初始位置作為起點(diǎn)、待緊固螺栓位置作為目標(biāo)點(diǎn)，采用改進(jìn)的rrt-connect算法進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃，并采用插值法對(duì)規(guī)劃得到的路徑進(jìn)行優(yōu)化；

5、控制機(jī)械臂沿著優(yōu)化后的路徑移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)位置，并完成螺栓緊固操作。

6、進(jìn)一步地，控制檢修車移動(dòng)并停至接觸網(wǎng)處，采集接觸網(wǎng)的位置信息并進(jìn)行停車誤差補(bǔ)償，具體包括：

7、通過(guò)雷達(dá)掃描獲取接觸網(wǎng)的位置信息，根據(jù)獲取的接觸網(wǎng)位置信息計(jì)算停車誤差；基于誤差補(bǔ)償機(jī)制，通過(guò)可移動(dòng)底座進(jìn)行位置調(diào)整，使機(jī)械臂相對(duì)于接觸網(wǎng)處于路徑規(guī)劃的最優(yōu)初始狀態(tài)。

8、進(jìn)一步地，采用改進(jìn)的rrt-connect算法進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃，具體包括：

9、a、創(chuàng)建兩棵樹(shù)tstart和tgoal，分別從起點(diǎn)qstart和目標(biāo)點(diǎn)qgoal開(kāi)始開(kāi)始擴(kuò)展；兩棵樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均包含：配置即位置參數(shù)q∈cfree，其中cfree表示自由空間中的配置集合，其中，cfree為一個(gè)菱形區(qū)域，菱形的一條對(duì)角線為qstart與qgoal的連線，對(duì)角線與邊的夾角為60°；以及指向其父節(jié)點(diǎn)的指針，用于記錄路徑；

10、b、將起點(diǎn)qstart加入tstart，將目標(biāo)點(diǎn)qgoal加入tgoal，分別作為兩棵樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)：

11、tstart＝{qstart},tgoal＝{qgoal}

12、c、通過(guò)多次迭代嘗試擴(kuò)展兩棵樹(shù)，尋找起點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的可行路徑，每次迭代依次在tstart和tgoal中執(zhí)行擴(kuò)展操作，直到兩棵樹(shù)成功連接：

13、在自由空間cfree中隨機(jī)采樣一個(gè)新配置qrand，通過(guò)以下公式表示：

14、qrand＝randomsample(cfree)

15、在當(dāng)前樹(shù)中找到距離qrand最近的節(jié)點(diǎn)qnear，距離計(jì)算采用歐氏距離：

16、

17、沿qnear指向qrand的方向擴(kuò)展一定的距離δd，得到新節(jié)點(diǎn)qnew：

18、

19、如果qnear與qnew之間的路徑完全位于自由空間cfree中，則進(jìn)行碰撞檢測(cè)，如果碰撞檢測(cè)未通過(guò)，則再次進(jìn)行采樣，如果碰撞檢測(cè)通過(guò)，則將qnew添加到當(dāng)前樹(shù)，并將其與qnear連接：

20、t＝t∪{qnew},edge(qnear,qnew)

21、嘗試在另一棵樹(shù)中找到距離qnew最近的節(jié)點(diǎn)qother-near的路徑在cfree中可行，則連接兩棵樹(shù)，完成路徑規(guī)劃：

22、path＝connect(tstart,tgoal)

23、如果連接成功，則表示兩棵樹(shù)已經(jīng)連接，算法終止，找到了一條從qstart到qgoal的路徑；

24、交換tstart和tgoal的角色，重復(fù)迭代擴(kuò)展步驟，這意味著下一次迭代將嘗試擴(kuò)展tgoal并連接tstart；

25、d、如果兩棵樹(shù)成功連接，則通過(guò)指針回溯從qstart和qgoal重構(gòu)路徑；

26、e、合并tstart,tgoal兩棵樹(shù)規(guī)劃的兩部分路徑得到完整的路徑。

27、進(jìn)一步地，采用插值法對(duì)規(guī)劃得到的路徑進(jìn)行優(yōu)化，具體包括：

28、采用b樣條或bezier曲線插值法進(jìn)行路徑優(yōu)化。

29、進(jìn)一步地，控制機(jī)械臂沿著優(yōu)化后的路徑移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)位置，并完成螺栓緊固操作，具體包括：

30、在路徑執(zhí)行過(guò)程中，結(jié)合imu、力傳感器和攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)異常情況并觸發(fā)重新規(guī)劃，具體包括：當(dāng)檢測(cè)到障礙物干擾，采用局部規(guī)劃實(shí)現(xiàn)避障；若螺栓位置發(fā)生偏移，則調(diào)整終端軌跡進(jìn)行補(bǔ)償，減少計(jì)算量；針對(duì)機(jī)械臂執(zhí)行誤差，利用在線軌跡修正算法進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，確保機(jī)械臂精準(zhǔn)到位；或采用增量式路徑優(yōu)化，在執(zhí)行過(guò)程中持續(xù)更新軌跡，使其逐步趨近最優(yōu)；針對(duì)外界環(huán)境變化，自適應(yīng)調(diào)整路徑規(guī)劃參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)策略，確保機(jī)械臂在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行，提高螺栓緊固任務(wù)的成功率。

31、進(jìn)一步地，所述方法還包括：

32、在螺栓緊固任務(wù)完成后，將執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至任務(wù)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后續(xù)分析和優(yōu)化。

33、根據(jù)第二方面，一種實(shí)施例中提供一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

34、準(zhǔn)備模塊，用于控制檢修車移動(dòng)并停至接觸網(wǎng)處，采集接觸網(wǎng)的位置信息并進(jìn)行停車誤差補(bǔ)償；

35、路徑規(guī)劃及優(yōu)化模塊，用于控制機(jī)械臂移動(dòng)至待緊固螺栓預(yù)設(shè)距離處，以機(jī)械臂初始位置作為起點(diǎn)、待緊固螺栓位置作為目標(biāo)點(diǎn)，采用改進(jìn)的rrt-connect算法進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃，并采用插值法對(duì)規(guī)劃得到的路徑進(jìn)行優(yōu)化；

36、路徑執(zhí)行模塊，用于控制機(jī)械臂沿著優(yōu)化后的路徑移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)位置，并完成螺栓緊固操作。

37、進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)還包括：

38、后處理模塊，用于在螺栓緊固任務(wù)完成后，將執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至任務(wù)記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后續(xù)分析和優(yōu)化。

39、根據(jù)第三方面，一種實(shí)施例中提供一種電子設(shè)備，所述設(shè)備包括：處理器和存儲(chǔ)器；

40、所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序指令；

41、所述處理器，用于運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)程序指令，用以執(zhí)行如上任一項(xiàng)所述的一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法的步驟。

42、根據(jù)第三方面，一種實(shí)施例中提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法的步驟。

43、本技術(shù)提供一種接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法具體包括：控制檢修車移動(dòng)并停至接觸網(wǎng)處，采集接觸網(wǎng)的位置信息并進(jìn)行停車誤差補(bǔ)償；控制機(jī)械臂移動(dòng)至待緊固螺栓預(yù)設(shè)距離處，以機(jī)械臂初始位置作為起點(diǎn)、待緊固螺栓位置作為目標(biāo)點(diǎn)，采用改進(jìn)的rrt-connect算法進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃，并采用插值法對(duì)規(guī)劃得到的路徑進(jìn)行優(yōu)化；控制機(jī)械臂沿著優(yōu)化后的路徑移動(dòng)至目標(biāo)點(diǎn)位置，并完成螺栓緊固操作。本技術(shù)提出的基于改進(jìn)的rrt-connect算法的接觸網(wǎng)螺栓緊固路徑規(guī)劃方法，旨在通過(guò)精確的路徑規(guī)劃與智能控制，提升機(jī)械臂在復(fù)雜環(huán)境中的操作精度與作業(yè)效率，從而為電氣化鐵路系統(tǒng)的接觸網(wǎng)自動(dòng)化檢修提供一種高效、安全的解決方案，整體方法不僅考慮了路徑規(guī)劃的計(jì)算復(fù)雜度，還可在密集障礙物環(huán)境下確保機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性與路徑的最優(yōu)化。