基于采樣的采摘機(jī)器人機(jī)械臂避障算法研究.pdf

1、采摘機(jī)器人的應(yīng)用有利于緩解農(nóng)業(yè)勞動力日趨不足的問題，能夠大大提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力。但是采摘過程中障礙物阻礙采摘機(jī)器人機(jī)械臂的問題嚴(yán)重制約了采摘機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用和發(fā)展。因此，開展采摘機(jī)器人機(jī)械臂避障路徑規(guī)劃方法的研究，有著十分重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文主要從三個方面展開研究:快速構(gòu)形空間構(gòu)建算法;機(jī)械臂碰撞模型建立方法;高維空間路徑規(guī)劃算法。
　　快速構(gòu)形空間構(gòu)建算法。分析現(xiàn)有避障算法所存在的不足，

2、結(jié)合油茶果采摘機(jī)器人機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特點，選取構(gòu)形空間作為本文的避障路徑規(guī)劃空間。對傳統(tǒng)的機(jī)械臂構(gòu)形空間構(gòu)建方法所存在的不足進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出一種由離線階段和在線階段構(gòu)成的快速構(gòu)形空間構(gòu)建方法。算法在離線階段通過遍歷機(jī)械臂構(gòu)形完成外部碰撞數(shù)據(jù)庫和自碰撞數(shù)據(jù)庫的建立。通過在線階段計算出實時工作場景中的障礙物所占據(jù)的工作空間單元，并根據(jù)單元序號索引離線階段所建立的兩大數(shù)據(jù)庫，快速構(gòu)建機(jī)械臂在實時場景中的構(gòu)形空間模型。
　　機(jī)械臂碰撞

3、模型的建立方法。通過對常用碰撞檢測技術(shù)和空間包圍盒優(yōu)缺點的分析，確定以方向包圍盒(Oriented Bounding Box，OBB)作為機(jī)械臂的碰撞檢測擬合模型。利用固連在方向包圍盒上的局部坐標(biāo)系對方向包圍盒各頂點坐標(biāo)進(jìn)行描述，并通過幾何分析法和空間矢量法詳細(xì)描述局部坐標(biāo)系的建立過程，最后利用局部坐標(biāo)系在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中的齊次變換矩陣將方向包圍盒在局部坐標(biāo)系中的描述轉(zhuǎn)換到基礎(chǔ)坐標(biāo)系中。
　　高維空間路徑規(guī)劃算法。對路徑規(guī)劃中基于圖形

4、，基于啟發(fā)，基于采樣以及智能路徑規(guī)劃算法的優(yōu)劣勢進(jìn)行詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上選擇基于采樣的路徑規(guī)劃算法進(jìn)行本文的避障路徑搜索。對雙向快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法(RRT-Connect)以及漸進(jìn)快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法(Asymptotically Optimal Rapidly-exploring Random Tree，RRT*)進(jìn)行融合改進(jìn)，得到一種雙向漸進(jìn)最優(yōu)快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法。通過與原始的RRT-Connect和RRT*算法的性能比較驗證了融合