农业机械手无碰运动规划技术的研究（可复制）.pdf

农业机械手无碰运动规划技术的研究摘要其次,分析了机械手运动规划的一般性问题,对运动规划几种方法的适用性做了综合比较和评价。深入研究了机械手时间最优轨迹规划的基本原理,讨论了遗传优化原理及复杂性,手臂与障碍物间存在碰撞可能,因此必须规划出一条无碰的末端轨迹,并保证各碰路径规划问题进行了仿真研究。农业机器人可以缓解农业劳动力不足,提高劳动生产效率,在欧美等发达国家有着广泛的应用。但是由于农业机器人作业环境的复杂性,传统的计算机算法在实际采摘中存在寻优速度慢、避障能力不强等问题。为了实现农业机器人的快速无碰采摘,本课题以六自由度机械手为研究对象,着重研究采摘机械手的无碰运动规划技术。首先,本文推导了自由度机械手的运动学和动力学模型,在推导中,采用瓾法建立机械手的运动学模型,分析其正运动学,逆运动学,奇异位置,雅克比矩阵等,其中逆运动学采用遗传算法很好地解决了逆运动学方程的冗余问题。对机械手的动力学模型,采用第二类方程,求解出机械手的各关节力矩。这些研究为后续的机械手运动规划奠定了理论基础。样条曲线的计算方法,采用跚吖乖旃亟诠旒#岢隽艘恢只谥秩杭⒍鹊母慕自适应遗传优化算子,并应用于机械手时间最优轨迹设计,优化时同时考虑关节角速度、角加速度、角加加速度及关节力矩衷际⒃诠亟诳占涠訮前三铰轨迹进行了优化计算。然后,对障碍空间下机械手的避障运动问题进行了分析研究。由于机械手作业环境的关节也无碰。本文对传统人工势场法进行了改进,提出了一种消除局部极小点的方法,使机械手术端始终往势场最小的方向运动,结合新的约束势函数,给出了实现步骤,并对避最后,采用醪逯岛隽薓机械手的时间最优轨迹规划,对机械手在障碍环境下进行了仿真实验,验证了提出方法的正确性和可行性。浙江工业大学硕士学位论文
关键词:农业机械手,轨迹规划,遗传算法,无碰,路径规划,人工势场浙江工业大学硕士学位论文
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第绪论课题的研究背景及意义度和降低生产成本两个技术难题。在国外果树采摘机器人的研究已经取得了较大的进展,果实有时被叶茎挡住,采摘时要避开叶茎,这要求机械手活动范围大,能避开障碍物,所机器人技术是一种面向未来的、现代化的高新技术。随着现代科学技术的进步与发展,机器人技术与其它高新技术之间的融合和相互渗透程度也越来越广泛。当前,工业机器人在美国、日本、德国以及西方一些发达国家已经应用十分广泛了,充分运用于汽车制造业、造船业、芯片制造业、电子等领域中【俊随着工业机器人技术的高速发展,农业机器人的研究于上世纪年代初拉开序幕,日本、法国和美国已成为农业机器人研究的先锋。近年来,农业生产正朝着规模化、多样化、精确化方向发展,农业劳动力的成本必然迅速上升,劳动力不足的现象会同趋明显,农业机器人技术越来越受到关注。农业机器人是一种以农产品为操作对象,兼有模拟人类智能感知和四肢行动功能、可重复编程的柔性自动化或者半自动化设备。各农业发达国家都在积极进行果树收获自动化的研究,真正达到代替人类完成采摘任务,且实用化、普及化,尚需要解决提高智能化程我的不断提高,农业规模化的不断发展,农业机器人将逐渐在我国农业生产中发挥巨大作用。可以预计,在世纪提高农业工程的自动化水平将成为我国农业科技领域的一个重要研究热点,用于农产品生产方面的各类机器人作为高级自动化设备,在我国也将得到推广应用【啤农业生产中,许多作业项目如蔬菜、果实的收获和分选、苗木的嫁接等都是大量重复性繁重的工作,这会使工作人员容易疲劳,工作效率下降。机器人应用于农业可节省人力,降低劳动强度,并可大大提高工作效率;喷药机器人还可以改善农业的生态环境,防止农药对人体的伤害。同时果树采摘机器人还可以充分发挥机器人的信息感知能力肴说氖觉相比,计算机视觉的主要优点是对光谱的敏感范围广、测量精度高运某墒於进行鉴别,从而保证了采摘果实的质量,并能够大大提高采摘的工作效率。在采摘过程中,以用杂啥然凳帧NA瞬凰鹕斯担凳值哪┒酥葱衅魇谴腥沓牡娴氖种福屑有压力传感器,把果实抓住后,利用机械手外带的剪子把果实剪下。因此为了避开障碍物,浙江工业大学硕士学位论文
机器人运动规划的研究现状同时又在最短时间内到达果实所在位置,必须对采摘机械手进行无碰路径规划和时间最优运动规划是农业机器入学研究中的一个最重要的领域之一,目前对机器人理论和算法的研究可以实现机器人与环境的实时处理和信息交互能力,这些能力包括了感知、推理、轨迹规划可以在关节空间进行,也可在笛卡尔空间进行。在关节空间中进行轨迹规划关节位移、速度和加速度由机械手末端工具点信息导出。在笛卡尔空间进行规划时,要规,珺及热硕怨亟诓逯倒