CN112677149B - 规划臂架安全布料状态的方法及装置、工程机械 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种规划臂架安全布料状态的方法及装置、工程机械，属于工程机械领域。所述方法包括：通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，其中所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离；以及针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，其中所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。其能够为无人化布料施工过程中选择合适布料状态奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，具体地涉及一种规划臂架安全布料状态的方法及装置、工程机械。
背景技术
在完全自主布料的任务中，用户只需输入布料点的笛卡尔坐标系下的位置，无需通过人工示教获得关节空间的位置，因此需要相应的方法来计算能够使得臂架末端到达目标布料点的方法。相关技术中，使用冗余机器人的逆运动学求解方法来获得臂架关节的目标位置，然后对臂架关节进行控制以最终实现自主布料。
然而冗余机器人的逆运动学求解方法没有考虑环境中的障碍物是否与机器人产生碰撞，另外也没有考虑任务空间中的冗余自由度。另外，在实际布料过程中混凝土会对臂架产生一定的冲击，导致臂架存在一定范围内的抖动，因此如何自主的规划出臂架末端到达布料点所对应的各个关节的位置，使得臂架连杆能够与障碍物保持一定安全距离，是实现完全自主布料功能中需要解决的问题。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种规划臂架安全布料状态的方法及装置、工程机械，用于至少解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种规划臂架安全布料状态的方法，所述方法包括：通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，其中所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离；以及针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，其中所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。
可选的，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，包括：获取当所述臂架末端连杆的末端处于布料点、且所述臂架末端连杆姿态竖直向下时对应的所述控制点P0的初始位置；在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量；针对每个所述单位矢量，执行以下步骤：在保持所述臂架末端连杆的末端处于所述布料点不动的情况下，控制所述控制点P0从所述初始位置沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置；以及将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
可选的，在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量包括：在所述控制点P0的水平方向上均匀地生成多个运动方向的单位矢量；和/或生成的所述单位矢量的数量根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定。
可选的，生成的所述单位矢量的数量根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定，包括根据以下公式确定所述单位矢量的数量：
k(n)＝a+α*n
其中，k(n)为所述单位矢量的数量；n为处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量；α为预设斜率且α≥1；a为预设值且a≥1。
可选的，在保持所述臂架末端连杆的末端不动的情况下，控制所述控制点P0沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置，包括：利用臂架的冗余自由度将所述单位矢量映射到零空间中获得所述控制点P0的移动速度；以及以预设的第一时间步长、按照所述移动速度，从所述控制点P0的所述初始位置起移动所述控制点P0，直到搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置且所述臂架末端连杆的姿态变化的角度未超出设定的允许范围、或者直到未搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置而所述臂架末端连杆的姿态变化的角度超出设定的允许范围。
可选的，将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，包括：将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置按照对应的所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的距离从大到小进行排序，将排序后的所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置作为满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
可选的，所述方法还包括：如果针对每个所述单位矢量均不存在满足与环境障碍物之间的距离达到设定的所述第一安全距离的所述控制点P0的状态，则发出关于所述布料点为不安全布料点的提示。
可选的，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，包括：针对每一个所述臂架末端连杆的关节位置，执行以下步骤：获取与所述臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态；计算所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离，其中，所述各臂架连杆为控制点P1至PN-2对应的臂架连杆；以及在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述各臂架连杆的控制点沿着远离所述环境障碍物的方向移动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，从而将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合。
可选的，在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述其它臂架连杆沿着远离所述环境障碍物的方向进行运动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，包括：基于所述各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度；以及以预设的第二时间步长、按照所述各臂架连杆的控制点的移动速度，控制所述各臂架连杆的控制点移动，直到搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态且控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数不超过预设次数、或者直到未搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态而控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数超过预设次数。
可选的，基于所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度，包括：针对所述各臂架连杆中的每个臂架连杆分别执行以下步骤：基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子，其中所述调整因子随着所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离的增加而减小；以及基于所述调整因子对使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量的模长进行调整；以及基于调整后的使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量获得所述各臂架连杆的控制点在零空间中的移动速度。
可选的，基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子，包括根据以下公式计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子：
其中，
为所述控制点P1至PN-2中第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子；
为所述第m个控制点对应的臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离；βm为所述第m个控制点对应的臂架连杆对应的安全距离；γm为针对所述第m个控制点对应的臂架连杆设置的预设值；m为控制点P1至PN-2中控制点的编号。
可选的，将所述各臂架连杆的控制点分别与所述环境障碍物之间的最小距离作为所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离。
相应的，本发明实施例还提供一种规划臂架安全布料状态的装置，所述装置包括：第一调整模块，用于通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，其中所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离；以及第二调整模块，用于针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，其中所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。
可选的，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；所述第一调整模块包括：获取单元，用于获取当所述臂架末端连杆的末端处于布料点、且所述臂架末端连杆姿态竖直向下时对应的所述控制点P0的初始位置；生成单元，用于在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量；搜寻单元，用于针对每个所述单位矢量，执行以下步骤：在保持所述臂架末端连杆的末端处于所述布料点不动的情况下，控制所述控制点P0从所述初始位置沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置；以及形成单元，用于将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
可选的，所述生成单元用于在所述控制点P0的水平方向上均匀地生成多个运动方向的单位矢量；和/或所述生成单元生成的所述单位矢量的数量根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定。
可选的，所述生成单元用于根据以下公式确定所述单位矢量的数量：
k(n)＝a+α*n
其中，k(n)为所述单位矢量的数量；n为处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量；α为预设斜率且α≥1；a为预设值且a≥1。
可选的，所述搜寻单元通过执行以下步骤在保持所述臂架末端连杆的末端不动的情况下，控制所述控制点P0沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置：利用臂架的冗余自由度将所述单位矢量映射到零空间中获得所述控制点P0的移动速度；以及以预设的第一时间步长、按照所述移动速度，从所述控制点P0的所述初始位置起移动所述控制点P0，直到搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置且所述臂架末端连杆的姿态变化的角度未超出设定的允许范围、或者直到未搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置而所述臂架末端连杆的姿态变化的角度超出设定的允许范围。
可选的，所述形成单元用于通过以下步骤形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合：将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置按照对应的所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的距离从大到小进行排序，将排序后的所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置作为满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
可选的，所述装置还包括：提示模块，用于如果针对每个所述单位矢量均不存在满足与环境障碍物之间的距离达到设定的所述第一安全距离的所述控制点P0的状态，则发出关于所述布料点为不安全布料点的提示。
可选的，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；所述第二调整模块包括：获取单元，用于获取与所述臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态；计算单元，用于计算所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离，其中，所述各臂架连杆为控制点P1至PN-2对应的臂架连杆；以及搜寻单元，用于在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述各臂架连杆的控制点沿着远离所述环境障碍物的方向移动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，从而将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合。
可选的，所述搜寻单元用于通过以下步骤来搜寻对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态：基于所述各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度；以及以预设的第二时间步长、按照所述各臂架连杆的控制点的移动速度，控制所述各臂架连杆的控制点移动，直到搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态且控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数不超过预设次数、或者直到未搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态而控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数超过预设次数。
可选的，所述搜寻单元基于所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度，包括：针对所述各臂架连杆中的每个臂架连杆分别执行以下步骤：基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子，其中所述调整因子随着所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离的增加而减小；以及基于所述调整因子对使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量的模长进行调整；以及基于调整后的使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量获得所述各臂架连杆的控制点在零空间中的移动速度。
可选的，根据以下公式计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子：
其中，
为所述控制点P1至PN-2中第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子；
为所述第m个控制点对应的臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离；βm为所述第m个控制点对应的臂架连杆对应的安全距离；γm为针对所述第m个控制点对应的臂架连杆设置的预设值；m为控制点P1至PN-2中控制点的编号。
可选的，将所述各臂架连杆的控制点分别与所述环境障碍物之间的最小距离作为所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离。
相应的，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的规划臂架安全布料状态的方法。
相应的，本发明实施例还提供一种工程机械，所述工程机械包括上述的规划臂架安全布料状态的装置。
通过上述技术方案，首先通过调整臂架末端连杆的姿态来选定满足所述第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合，然后针对选定的每一个臂架末端连杆的关节位置，进一步选定满足所述第二条件的臂架安全布料状态集合，如此，能够保障布料过程中各臂架连杆与环境障碍物保持一定的安全距离，防止在布料时由于混凝土的冲击导致臂架抖动使得臂架与环境中的障碍物产生碰撞。因此保障了施工的安全性，无需人为将臂架移动到目标布料点进行标定，为无人化布料施工过程中选择合适布料状态奠定了基础。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的规划臂架安全布料状态的方法的流程示意图；
图2示出了针对6自由度臂架设置的控制点的示意图；
图3示出了获得满足第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合的流程示意图；
图4示出了在臂架末端连杆的控制点的水平方向上均匀地生成的多个运动方向的单位矢量的示意图；
图5示出了获得满足第二条件的臂架安全布料状态集合的流程示意图；以及
图6示出了根据本发明一实施例的规划臂架安全布料状态的装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明实施例中，安全布料状态是指臂架布料时与环境障碍物是无碰的；冗余自由度是指臂架的关节空间的维数与任务空间维数的差；关节空间的维数是指臂架的自由度，例如如果臂架有6个转动关节，则该臂架的自由度为6，所述臂架也可以称为6自由度臂架；任务空间维数是臂架工作时所需的末端位姿参数的数目；臂架零空间是指关节的运动不会造成末端连杆的运动，即臂架关节空间的自运动。本发明实施例中，“关节”和“控制点”可以互换使用。
臂架的逆运动学是指设定臂架末端连杆的位置和姿态，求解出整个臂架的各个关节的位置。臂架的正运动学是指通过给定的整个臂架各个关节的位置然后求解出臂架末端连杆的位置和姿态。
图1示出了根据本发明一实施例的规划臂架安全布料状态的方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种规划臂架安全布料状态的方法，所述方法包括以下步骤：
在步骤S110，通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
这里调整臂架末端连杆的姿态是指，针对布料时对臂架末端的姿态没有限定的任务空间的冗余自由度，保持臂架末端连杆的末端处于布料点不动，而调整臂架末端连杆的关节运动，以搜寻满足所述第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合。
所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离。臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离的计算需要遍历所有的环境障碍物，依次计算末端连杆与每一个环境障碍物之间的距离，通过比较距离的大小获得最小距离。
在步骤S120，针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合。
每一个臂架连杆(包括臂架末端连杆)所处位置的环境障碍物可以相同或不同，并且环境障碍物的数量可以是一个或多个。
这里，可以利用臂架自身的冗余自由度，通过其它臂架连杆的关节位置来调整其与环境障碍物之间的距离。
所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。所得到的臂架安全布料状态对应于满足所述第二条件的每一个臂架连杆的关节位置。类似的，臂架连杆与环境障碍物之间的最小距离的计算需要遍历所有的环境障碍物，依次计算臂架连杆与每一个环境障碍物之间的距离，通过比较距离的大小获得最小距离。
首先通过调整臂架末端连杆的姿态来选定满足所述第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合，然后针对选定的每一个臂架末端连杆的关节位置，进一步选定满足所述第二条件的臂架安全布料状态集合，如此，能够保障布料过程中各臂架连杆与环境障碍物保持一定的安全距离，防止在布料时由于混凝土的冲击导致臂架抖动使得臂架与环境中的障碍物产生碰撞。因此保障了施工的安全性，无需人为将臂架移动到目标布料点进行标定，为无人化布料施工过程中选择合适布料状态奠定了基础。
接下来将对本发明实施例提供的方法的示例执行过程进行描述。在描述之前，首先对本发明实施例提出的术语“控制点”进行解释。本发明实施例中，为具有N自由度的臂架从臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处。也就是说，除最后一个关节之外，将其余关节所在的点设置为控制点。这里，不针对最后一个关节设置控制点，是因为它的转动对于其连杆与环境障碍物之间的距离没有影响，另外该连杆处于基座端，故其抖动较小，可以忽略。下面以图1所示的6自由度臂架为例，对该方法进行详细描述。图2示出了针对6自由度臂架设置的控制点的示意图。如图2所示，针对6自由度臂架，可以从臂架末端连杆的关节处开始依次设置对应于除最后一个关节之外的其它关节的5个控制点，即，控制点P0至控制点P4。控制点P0对应于所述臂架末端连杆的关节。另外，本发明实施例中，提到的位置可以使用三维坐标来表示，三维坐标例如可以臂架基座端与臂架连杆的铰接点为原点，以竖直向上的方向为z轴，并在水平方向上设置x轴和y轴。
可选的，本发明实施例中计算臂架连杆(包括末端臂架连杆)与环境障碍物之间的最小距离时，将臂架连杆的控制点与环境障碍物之间的最小距离作为臂架连杆与环境障碍物之间的最小距离。
图3示出了获得满足第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合的流程示意图。如图3所示，可以根据步骤S310至步骤S340来获得满足第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合。
在步骤S310，获取当所述臂架末端连杆的末端处于布料点、且所述臂架末端连杆姿态竖直向下时对应的所述控制点P0的初始位置。
所述布料点预先给定的布料点。臂架末端的移动可以该初始位置为起点。在可选情况下，也可以将臂架末端连杆的其它姿态作为初始位置。
在步骤S320，在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量。
生成的所述单位矢量的数量可以根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定。障碍物的数量越多，生成的单位矢量的数量越多。举例而言，可以根据以下公式确定所述单位矢量的数量：
k(n)＝a+α*n (1)
其中，k(n)为所述单位矢量的数量；n为处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量；α为预设斜率且α≥1；a为预设值且a≥1。显然，当n＝0时，k(n)＝a，即当臂架末端的设定范围内不存在环境障碍物时同样也生成最少数量的单位矢量，这样有利于后续优化臂架其他连杆与环境障碍物之间的距离过程中搜索到其他合适的满足约束的关节位置。
这里公式(1)仅用于举例，满足“障碍物的数量越多，生成的单位矢量的数量越多”其它公式也可以用于求解单位矢量的数量。
根据周围障碍物的数量计算运动方向矢量的数量能够避免环境障碍物较多时导致无法搜索到满足安全距离约束的关节位置，即避免了局部最小值，而且当环境障碍物较多时，运动方向离散得更加精细，这样就增加了算法收敛的可能性，即增加了算法搜索到满足条件解的可能性。
可选的，在所述控制点P0的水平方向上可以均匀或不均匀地生成所述多个单位矢量。优选，均匀地生成所述多个单位矢量，避免使得臂架末端连杆能够沿着各个方向都去调整，这样可以尽可能找到多个解，提高算法的收敛性。图4示出了在臂架末端连杆的控制点的水平方向上均匀地生成的多个运动方向的单位矢量的示意图。如图4所示，臂架末端连杆的末端处于布料点A、所述臂架末端连杆姿态竖直向下，在控制点P0处均匀生成多个运动方向的单位矢量ni，其中i为单位矢量的编号。相邻单位矢量的夹角θ可以通过单位矢量的数量计算。
在步骤S330，针对每个所述单位矢量，执行以下步骤：在保持所述臂架末端连杆的末端处于所述布料点不动的情况下，控制所述控制点P0从所述初始位置沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置。
举例而言，针对单位矢量ni，为使得臂架末端连杆的控制点沿该单位矢量ni对应的方向移动的同时保证臂架末端连杆的末端的位置始终处于布料点A，即，只改变臂架末端连杆的姿态，利用臂架自身的冗余自由度将所述单位矢量ni映射到零空间中获得所述控制点P0的移动速度
具体地，可以通过以下公式计算：
其中
I表示单位矩阵，J表示雅可比矩阵，
表示J的伪逆矩阵，NA即控制点P0处于初始位置时对应的影响臂架末端位置的零空间映射矩阵，
为控制点P0对应的伪逆雅可比矩阵。
在求解出移动速度
之后，以预设的第一时间步长δ、按照所述移动速度，从所述控制点P0的所述初始位置起移动所述控制点P0，具体可以通过以下公式计算每次移动之后控制点P0的位置qNi：
其中δ为较小的时间步长，较大的δ会导致获得的关节位置超出关节限位，因此选择较小的δ。依次遍历qNi，通过臂架正运动学计算在qNi状态下对应的臂架末端连杆与障碍物之间的最小距离是否满足设置的第一安全距离(即，判断控制点P0的位置qNi是否满足所述第一条件)，若没有满足第一安全距离，则将qA＝qNi，并利用式(3)进行迭代，并继续判断控制点P0的该位置是否满足第一安全距离。若迭代多次后，未搜寻到满足第一安全距离的qNi，而臂架末端连杆的姿态变化的角度ω已经超出设定的允许范围μ，则停止搜寻，或者在搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置qNi且所述臂架末端连杆的姿态变化的角度ω未超出设定的允许范围μ，则停止搜寻。易知，根据臂架末端连杆的长度和控制点P0移动的距离可以计算出臂架末端连杆的姿态变化的角度ω。
针对每一单位矢量，执行上述的搜寻过程。
在步骤S340，将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
搜寻到的所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置可以任意方式形成所述臂架末端连杆的关节位置集合。可选的，可以将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置按照对应的所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的距离从大到小进行排序，获得最终的。将排序后的所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置作为满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
可选的，如果针对每个所述单位矢量均不存在满足与环境障碍物之间的距离达到设定的所述第一安全距离的所述控制点P0的状态，则发出关于所述布料点为不安全布料点的提示，以方便用户据此更换布料点的位置。
图5示出了获得满足第二条件的臂架安全布料状态集合的流程示意图。如图5所示，针对获得的满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，可以执行步骤S510至在步骤S530以获得满足第二条件的臂架安全布料状态集合。这里，所述臂架末端连杆的关节位置集合中第k个臂架末端连杆的关节位置为例进行说明。
在步骤S510，获取与所述臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态。
可以利用臂架逆运动学来获得满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合中第k个臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态，将其与臂架末端连杆的关节位置组合，可以获得臂架的关节状态qNk。
在步骤S520，计算所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离。
设置了所述控制点的各臂架连杆，即为控制点P1至PN-2对应的臂架连杆。
如前所述，可选的，可以将控制点与环境障碍物之间的最小距离作为对应的臂架连杆与环境障碍物之间的最小距离。
在步骤S530，在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述各臂架连杆的控制点沿着远离所述环境障碍物的方向移动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态。
控制点P0至PN-2对应的各臂架连杆的安全距离可以相同或不同。由于臂架连杆在布料过程中混凝土的冲击导致臂架连杆的抖动范围是不相同的，因此需要根据臂架的实际情况设置每个臂架连杆的安全距离，相比于所有臂架连杆都设置相同的安全距离的方式，这样有利于规划出多个安全的臂架布料状态，为后续将臂架规划到目标布料点提供了更多合理的选择。
如果控制点P1至PN-2对应的各臂架连杆中，存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离，则需要控制各臂架连杆的控制点沿着原理环境障碍物的方向移动，以搜寻针对臂架末端连杆的第k个关节位置，是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态。
具体的，可以首先基于所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度。
本发明实施例中，针对控制点P1至PN-2对应的各臂架连杆中第m(m为控制点的编号，这里，m的值选取大于0但不大于N-1的任意值)个控制点对应的臂架连杆，设该与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量为vm。
为了计算移动速度，可以首先基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子。本发明实施例中，为了将不满足安全距离约束的臂架连杆通过调整其位置达到逐渐远离障碍物直到满足设定的安全距离约束的效果，针对第m个控制点对应的臂架连杆，构造该臂架连杆远离环境障碍物的调整因子，该调整因子随着臂架连杆与环境障碍物之间的最小距离的增加而减小，并且随着臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离逐渐满足设定的安全距离调整因子的值逐渐趋于零。即，可以基于臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子。调整因子的计算函数可以是能够满足上述约束的任意函数。
在一可选方式，可以根据以下公式计算所述调整因子：
其中，
为第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子；
为所述第m个控制点对应的臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离；βm为所述第m个控制点对应的臂架连杆对应的安全距离；γm为针对所述第m个控制点对应的臂架连杆设置的预设值。γm可以认为是第m个控制点对应的臂架连杆影响
变化程度的调节因子，γm越小则
变化越平滑，因此对于臂架上靠近末端连杆的连杆应选择较小的γm，这样有利于靠近末端连杆较快收敛于满足安全距离的约束。另外对于比较靠近障碍物的臂架连杆其相应的调整因子也应增加，因此
随着
的增大而减小，这样有利于随着臂架连杆逐渐远离障碍物而停止调整，同时对于臂架连杆已经满足安全距离约束的连杆的调整因子趋于零，从而使得整个臂架的连杆收敛于满足安全距离的约束。
根据公式(4)计算出第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子之后，可以基于所述调整因子对使得所述第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量vm的模长进行调整，调整后的模长可以是：
其中，vm/‖vm‖表示对矢量vm进行单位化。
然后，基于调整后的使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量获得所述臂架连杆的控制点在零空间中的移动速度。具体地，针对调整后的使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量，可以通过对应的伪逆雅可比矩阵将向量转换到关节空间中，从而获得远离障碍物所对应的关节的运动速度。为了不影响已经调整好的臂架末端连杆的姿态，利用第k个臂架末端连杆的关节位置对应的零空间映射矩阵NNk将各个连杆远离障碍物的关节空间的速度矢量转换到零空间中，获得使得各臂架连杆的控制点(即，控制点P1至PN-2)远离障碍物移动的零空间的移动速度
具体可以根据以下公式进行计算：
公式(5)中，j表示控制点的总数量，
表示第m个控制点对应的伪逆雅可比矩阵。
计算出控制点P1至PN-2的移动速度
之后，以预设的第二时间步长ε、按照所述各臂架连杆的控制点(即，控制点P1至PN-2)的移动速度
控制所述各臂架连杆的控制点移动。ε为较小的时间步长，较大的ε会导致获得的关节位置超出关节限位，因此选择较小的ε。
具体而言，控制控制点P1至PN-2移动时，可以通过以下公式计算每次移动之后控制点P1至PN-2的位置qLk：
针对时间步长ε，判断每次移动之后，控制点P1至PN-2的位置qLk是否满足所述第二条件，若不满足则继续移动，直到搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态且控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数不超过预设次数、或者直到未搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态而控制所述各臂架连杆的控制点(即，控制点P1至PN-2)移动的次数超过预设次数。
针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中每一个臂架末端连杆的关节位置执行上述过程，从而获得所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态，然后将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合。
可选的，将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合包括：将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态根据臂架的初始状态按照欧式距离从小到大进行排序以形成所述臂架安全布料状态集合。即，输出所述臂架安全布料状态集合相当于输出一系列按照靠近臂架初始状态为优先顺序的满足安全距离条件的臂架布料状态，从而完成了臂架布料状态的规划过程。
可选的，如果针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中每一个臂架末端连杆的关节位置均执行完上述过程，而未获得满足所述第二条件的臂架安全布料状态，则可以确定在当前布料点处臂架与障碍物存在碰撞的可能性，则可以发出关于所述布料点为不安全布料点的提示，以提醒用户修改布料点。
图6示出了根据本发明一实施例的规划臂架安全布料状态的装置的结构框图。如图6所示，本发明实施例还提供一种规划臂架安全布料状态的装置，所述装置可以包括：第一调整模块610，用于通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，其中所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离；以及第二调整模块620，用于针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，其中所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。
本发明实施例中，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处。
在一些可选实施例中，所述第一调整模块可以包括：获取单元，用于获取当所述臂架末端连杆的末端处于布料点、且所述臂架末端连杆姿态竖直向下时对应的所述控制点P0的初始位置；生成单元，用于在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量；搜寻单元，用于针对每个所述单位矢量，执行以下步骤：在保持所述臂架末端连杆的末端处于所述布料点不动的情况下，控制所述控制点P0从所述初始位置沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置；以及形成单元，用于将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
在一些可选实施例中，所述装置还可以包括：提示模块，用于如果针对每个所述单位矢量均不存在满足与环境障碍物之间的距离达到设定的所述第一安全距离的所述控制点P0的状态，则发出关于所述布料点为不安全布料点的提示。
在一些可选实施例中，所述第二调整模块可以包括：获取单元，用于获取与所述臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态；计算单元，用于计算所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离，其中，所述各臂架连杆为控制点P1至PN-2对应的臂架连杆；以及搜寻单元，用于在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述各臂架连杆的控制点沿着远离所述环境障碍物的方向移动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，从而将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合。
本发明实施例提供的规划臂架安全布料状态的装置的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的规划臂架安全布料状态的方法的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。
所述规划臂架安全布料状态的装置可以包括处理器和存储器，上述各模块、各单元等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来执行根据本发明任意实施例所述的规划臂架安全布料状态的方法。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
相应的，本发明实施例还提供一种工程机械，所述工程机械包括根据本发明任意实施例所述的规划臂架安全布料状态的装置。
相应地，本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据本发明任意实施例所述的规划臂架安全布料状态的方法。
本发明实施例提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行根据本发明任意实施例所述的规划臂架安全布料状态的方法。
本发明实施例提供了一种设备，设备包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现根据本发明任意实施例所述的规划臂架安全布料状态的方法。本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化根据本发明任意实施例所述的规划臂架安全布料状态的方法步骤的程序。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (26)
1.一种规划臂架安全布料状态的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，其中所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离，其中调整臂架末端连杆的姿态是指：针对布料时对臂架末端的姿态没有限定的任务空间的冗余自由度，保持所述臂架末端连杆的末端处于布料点不动，而调整所述臂架末端连杆的关节运动，以搜寻满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合；以及
针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，其中所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；
通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，包括：
获取当所述臂架末端连杆的末端处于布料点、且所述臂架末端连杆姿态竖直向下时对应的所述控制点P0的初始位置；
在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量；
针对每个所述单位矢量，执行以下步骤：在保持所述臂架末端连杆的末端处于所述布料点不动的情况下，控制所述控制点P0从所述初始位置沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置；以及
将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量包括：在所述控制点P0的水平方向上均匀地生成多个运动方向的单位矢量；和/或
生成的所述单位矢量的数量根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，生成的所述单位矢量的数量根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定，包括根据以下公式确定所述单位矢量的数量：
k(n)＝a+α*n
其中，k(n)为所述单位矢量的数量；n为处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量；α为预设斜率且α≥1；a为预设值且a≥1。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在保持所述臂架末端连杆的末端不动的情况下，控制所述控制点P0沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置，包括：
利用臂架的冗余自由度将所述单位矢量映射到零空间中获得所述控制点P0的移动速度；以及
以预设的第一时间步长、按照所述移动速度，从所述控制点P0的所述初始位置起移动所述控制点P0，直到搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置且所述臂架末端连杆的姿态变化的角度未超出设定的允许范围、或者直到未搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置而所述臂架末端连杆的姿态变化的角度超出设定的允许范围。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，包括：
将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置按照对应的所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的距离从大到小进行排序，将排序后的所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置作为满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果针对每个所述单位矢量均不存在满足与环境障碍物之间的距离达到设定的所述第一安全距离的所述控制点P0的状态，则发出关于所述布料点为不安全布料点的提示。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；
针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，包括：针对每一个所述臂架末端连杆的关节位置，执行以下步骤：
获取与所述臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态；
计算所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离，其中，所述各臂架连杆为控制点P1至PN-2对应的臂架连杆；以及
在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述各臂架连杆的控制点沿着远离所述环境障碍物的方向移动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，从而将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述其它臂架连杆沿着远离所述环境障碍物的方向进行运动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，包括：
基于所述各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度；以及
以预设的第二时间步长、按照所述各臂架连杆的控制点的移动速度，控制所述各臂架连杆的控制点移动，直到搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态且控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数不超过预设次数、或者直到未搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态而控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数超过预设次数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度，包括：
针对所述各臂架连杆中的每个臂架连杆分别执行以下步骤：
基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子，其中所述调整因子随着所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离的增加而减小；以及
基于所述调整因子对使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量的模长进行调整；以及
基于调整后的使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量获得所述各臂架连杆的控制点在零空间中的移动速度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子，包括根据以下公式计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子：
其中，
为所述控制点P1至PN-2中第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子；
为所述第m个控制点对应的臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离；βm为所述第m个控制点对应的臂架连杆对应的安全距离；γm为针对所述第m个控制点对应的臂架连杆设置的预设值；m为控制点P1至PN-2中控制点的编号。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述各臂架连杆的控制点分别与所述环境障碍物之间的最小距离作为所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离。
13.一种规划臂架安全布料状态的装置，其特征在于，所述装置包括：
第一调整模块，用于通过调整臂架末端连杆的姿态来得到满足第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合，其中所述第一条件为：所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的最小距离达到设定的第一安全距离，其中调整臂架末端连杆的姿态是指：针对布料时对臂架末端的姿态没有限定的任务空间的冗余自由度，保持臂架末端连杆的末端处于布料点不动，而调整臂架末端连杆的关节运动，以搜寻满足所述第一条件的臂架末端连杆的关节位置集合；以及
第二调整模块，用于针对所述臂架末端连杆的关节位置集合中的每一个所述臂架末端连杆的关节位置，通过调整除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆与所述环境障碍物之间的距离，来得到满足第二条件的臂架安全布料状态集合，其中所述第二条件为：每一个臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离均达到设定的对应安全距离。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；
所述第一调整模块包括：
获取单元，用于获取当所述臂架末端连杆的末端处于布料点、且所述臂架末端连杆姿态竖直向下时对应的所述控制点P0的初始位置；
生成单元，用于在所述控制点P0的水平方向上生成多个运动方向的单位矢量；
搜寻单元，用于针对每个所述单位矢量，执行以下步骤：在保持所述臂架末端连杆的末端处于所述布料点不动的情况下，控制所述控制点P0从所述初始位置沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置；以及
形成单元，用于将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，
所述生成单元用于在所述控制点P0的水平方向上均匀地生成多个运动方向的单位矢量；和/或
所述生成单元生成的所述单位矢量的数量根据处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量确定。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述生成单元用于根据以下公式确定所述单位矢量的数量：
k(n)＝a+α*n
其中，k(n)为所述单位矢量的数量；n为处于距离所述臂架末端一预设范围内的环境障碍物的数量；α为预设斜率且α≥1；a为预设值且a≥1。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述搜寻单元通过执行以下步骤在保持所述臂架末端连杆的末端不动的情况下，控制所述控制点P0沿着所述单位矢量的方向移动，以搜寻针对所述单位矢量是否存在满足所述第一条件的所述控制点P0的位置：
利用臂架的冗余自由度将所述单位矢量映射到零空间中获得所述控制点P0的移动速度；以及
以预设的第一时间步长、按照所述移动速度，从所述控制点P0的所述初始位置起移动所述控制点P0，直到搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置且所述臂架末端连杆的姿态变化的角度未超出设定的允许范围、或者直到未搜寻到满足所述第一条件的所述控制点P0的位置而所述臂架末端连杆的姿态变化的角度超出设定的允许范围。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述形成单元用于通过以下步骤形成满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合：
将所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置按照对应的所述臂架末端连杆与环境障碍物之间的距离从大到小进行排序，将排序后的所有满足所述第一条件的所述控制点P0的位置作为满足所述第一条件的所述臂架末端连杆的关节位置集合。
19.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
提示模块，用于如果针对每个所述单位矢量均不存在满足与环境障碍物之间的距离达到设定的所述第一安全距离的所述控制点P0的状态，则发出关于所述布料点为不安全布料点的提示。
20.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，为具有N自由度的臂架从所述臂架末端连杆的关节处开始为臂架连杆的关节依次设置控制点直到第N-1个控制点，将所述N-1个控制点分别依次标记为P0至PN-2，其中，控制点P0在所述臂架末端连杆的关节处；
所述第二调整模块包括：
获取单元，用于获取与所述臂架末端连杆的关节位置对应的除所述臂架末端连杆之外的其它臂架连杆的姿态；
计算单元，用于计算所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离，其中，所述各臂架连杆为控制点P1至PN-2对应的臂架连杆；以及
搜寻单元，用于在存在与所述环境障碍物之间的最小距离不满足对应的安全距离的情况下，控制所述各臂架连杆的控制点沿着远离所述环境障碍物的方向移动，以搜寻针对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态，从而将所有满足所述第二条件的臂架安全布料状态形成所述臂架安全布料状态集合。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述搜寻单元用于通过以下步骤来搜寻对所述臂架末端连杆的关节位置是否存在满足所述第二条件的臂架安全布料状态：
基于所述各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度；以及
以预设的第二时间步长、按照所述各臂架连杆的控制点的移动速度，控制所述各臂架连杆的控制点移动，直到搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态且控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数不超过预设次数、或者直到未搜寻到满足所述第二条件的臂架安全布料状态而控制所述各臂架连杆的控制点移动的次数超过预设次数。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述搜寻单元基于所述其它臂架连杆中设置了所述控制点的各臂架连杆与所述环境障碍物最近点的连线所构成的使得臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量、所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离来获得所述各臂架连杆的控制点的移动速度，包括：
针对所述各臂架连杆中的每个臂架连杆分别执行以下步骤：
基于所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离而计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子，其中所述调整因子随着所述臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离的增加而减小；以及
基于所述调整因子对使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量的模长进行调整；以及
基于调整后的使得所述臂架连杆远离所述环境障碍物的方向的矢量获得所述各臂架连杆的控制点在零空间中的移动速度。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，根据以下公式计算所述臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子：
其中，
为所述控制点P1至PN-2中第m个控制点对应的臂架连杆远离所述环境障碍物的调整因子；
为所述第m个控制点对应的臂架连杆与所述环境障碍物之间的最小距离；βm为所述第m个控制点对应的臂架连杆对应的安全距离；γm为针对所述第m个控制点对应的臂架连杆设置的预设值；m为控制点P1至PN-2中控制点的编号。
24.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，将所述各臂架连杆的控制点分别与所述环境障碍物之间的最小距离作为所述各臂架连杆分别与所述环境障碍物之间的最小距离。
25.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据权利要求1至12中任一项所述的规划臂架安全布料状态的方法。
26.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械包括根据权利要求13至24中任一项所述的规划臂架安全布料状态的装置。
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