基于位置信息的果實(shí)采摘機(jī)械手路徑規(guī)劃研究.pdf

1、果蔬收獲機(jī)器人可以有效緩解農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但是,在自然條件下果蔬收獲機(jī)器人的工作環(huán)境復(fù)雜,視覺系統(tǒng)如何提取工作環(huán)境信息并引導(dǎo)機(jī)械手進(jìn)行果實(shí)采摘變得非常關(guān)鍵。
　　 為了解決機(jī)械手快速采摘和避障采摘果實(shí)的問題,本文以MOTOMAN SV3X機(jī)械手采摘番茄為研究對(duì)象,對(duì)果蔬采摘機(jī)器人一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。
　　 首先,采用D—H方法建立MOTOMAN SV3X機(jī)械手逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,在確定目標(biāo)位置的情況下

2、,求出末端執(zhí)行器在不同姿態(tài)情況下機(jī)械手角度,并對(duì)求出的所有角度進(jìn)行正確性驗(yàn)證和與障礙物的干涉性判斷。
　　 其次,研究MOTOMAN SV3X機(jī)械手在無障礙時(shí)機(jī)械手的快速運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃和空間存在豎直直線類障礙物時(shí)機(jī)械手的避障路徑規(guī)劃方法。為達(dá)到快速采摘果實(shí)的目的,以果實(shí)采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)路徑最短和能量最優(yōu)為指標(biāo),提出了無障礙情況下機(jī)械手快速運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃算法。對(duì)存在空間豎直直線類障礙物時(shí)機(jī)械手的路徑規(guī)劃,采用映射的方法將機(jī)械手

3、和障礙物映射到水平面和豎直面,將三維空間降低到二維平面中討論,以降低計(jì)算量和搜索量。整個(gè)路徑規(guī)劃過程將在Matlab環(huán)境下仿真,當(dāng)有多條路徑存在時(shí),通過建立能量最少兼顧路徑的目標(biāo)函數(shù)來評(píng)價(jià)路徑優(yōu)劣,最后得到避障路徑。
　　 再次,在完成路徑規(guī)劃的仿真驗(yàn)證后,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行手眼協(xié)調(diào)操作的采摘試驗(yàn)。在Matlab環(huán)境下采集雙目視覺系統(tǒng)的圖像并處理、提取目標(biāo)和確定目標(biāo)圖像坐標(biāo),計(jì)算出目標(biāo)的世界坐標(biāo)系下的位置,根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)逆解出機(jī)械手所

4、有關(guān)節(jié)角度,并規(guī)劃出機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)路徑,最后將路徑導(dǎo)入到機(jī)械手控制器中進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)。單果和多果抓取的試驗(yàn)結(jié)果表明,手眼協(xié)調(diào)操作真實(shí)再現(xiàn)了仿真試驗(yàn)的快速運(yùn)動(dòng)和避障過程,驗(yàn)證了規(guī)劃算法的正確性,可以為機(jī)器人采摘果實(shí)提供了有效的路徑規(guī)劃方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制。
　　 針對(duì)多果順序采摘問題,研究了多果順序采摘的快速運(yùn)動(dòng)策略和多果避障順序采摘的運(yùn)動(dòng)策略,在仿真基礎(chǔ)上進(jìn)行了采摘試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明提出的多果順序采摘策略是可行的。
　

5、　 最后,開展了采摘機(jī)器人視覺控制軟件開發(fā)的工作。根據(jù)已經(jīng)提出的果實(shí)目標(biāo)識(shí)別算法,提出了基于形狀與紋理特征分析的番茄識(shí)別和軟件實(shí)現(xiàn)方法,利用OpenCV函數(shù)庫在Visual C++下對(duì)番茄識(shí)別算法進(jìn)行再現(xiàn),不同分辨率的番茄圖像處理試驗(yàn)表明,利用OpenCV函數(shù)庫編制的程序比Matlab下的代碼執(zhí)行效率顯著提高,而且能實(shí)時(shí)采集并同步處理雙目圖像。在Matlab環(huán)境下,通過集成果實(shí)識(shí)別定位程序和避障路徑規(guī)劃程序,實(shí)現(xiàn)雙目圖像采集、果實(shí)識(shí)別