蘋果采摘機器人機械手避障關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、我國是一個農(nóng)業(yè)大國，水果業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中第三大產(chǎn)業(yè)。水果的采摘屬于勞動密集型工作，且隨著人口老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力的減少，水果的自動化采摘就成為目前急需解決的問題。開展蘋果采摘機器人的研究，不僅有利于降低勞動強度和生產(chǎn)成本，提高作業(yè)效率，而且對于推進我國農(nóng)業(yè)科技發(fā)展進步、加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重要的意義。
　　 本文在國家“863”基金項目“果樹采摘機器人關(guān)鍵技術(shù)研究(2006AA102254)和國家教育部博士點基金項目“果樹采摘機械

2、手運動性能優(yōu)化與靈巧避障控制策略研究(20093227120013)”支持下，對蘋果采摘機器人避障感知系統(tǒng)、采摘環(huán)境空間建模、避障路徑等進行了研究。主要完成的工作有:
　　 1.根據(jù)開放型設(shè)計原則，設(shè)計了蘋果采摘機器人的避障感知系統(tǒng)。以單目攝像機作為視覺傳感器來確定障礙物和果實的平面信息，超聲測距傳感器作為深度傳感器來確定障礙物和果實的深度信息，兩者結(jié)合得到障礙物和果實的空間位置信息。
　　 2.機械手模型建立和運動學分

3、析。根據(jù)蘋果采摘機器人手部機械結(jié)構(gòu)特性，采用D-H齊次變換法，建立了蘋果采摘機械臂的數(shù)學模型和運動學方程并在實驗中驗證了機械手運動學正反解的準確性。
　　 3.利用Maklink圖法建立工作空間環(huán)境模型，并對機械手與障礙物碰撞問題進行分析。通過視覺傳感器和超聲測距傳感器對空間中的果樹枝干等障礙物進行感知，將相互重疊的枝干描述為一個不規(guī)則多邊形:采用Maklink圖在自由空間中建立作業(yè)環(huán)境模型，構(gòu)造自由鏈接線，為機械手避障提供無碰

4、路徑;分析蘋果采摘機械手運動特點，討論其與障礙物碰撞的幾種情況，給后續(xù)的避障工作中路徑節(jié)點的選擇提供一定的理論分析。
　　 4.提出基于改進蟻群算法的采摘機械手避障路徑規(guī)劃算法。在詳細分析基本蟻群算法的原理、數(shù)學模型和實現(xiàn)過程等基本理論的基礎(chǔ)上，對其進行修改，主要包括:在可行走的路徑上，利用等分鏈接線的方法擴大路徑點的選擇范圍，有利于算法搜索到更優(yōu)路徑;將人工勢場法思想引入蟻群算法中，同時引入角度權(quán)值，加強啟發(fā)信息對螞蟻選擇下一