農(nóng)業(yè)機械手無碰運動規(guī)劃技術的研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)機器人可以緩解農(nóng)業(yè)勞動力不足，提高勞動生產(chǎn)效率，在歐美等發(fā)達國家有著廣泛的應用。但是由于農(nóng)業(yè)機器人作業(yè)環(huán)境的復雜性，傳統(tǒng)的計算機算法在實際采摘中存在尋優(yōu)速度慢、避障能力不強等問題。 為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機器人的快速無碰采摘，本課題以六自由度機械手為研究對象，著重研究采摘機械手的無碰運動規(guī)劃技術。 首先，本文推導了MT-UARM6自由度機械手的運動學和動力學模型，在推導中，采用D-H法建立機械手的運動學模型，分析其正運動學，逆

2、運動學，奇異位置，雅克比矩陣等，其中逆運動學采用遺傳算法很好地解決了逆運動學方程的冗余問題。對機械手的動力學模型，采用第二類Lagrange方程，求解出機械手的各關節(jié)力矩。這些研究為后續(xù)的機械手運動規(guī)劃奠定了理論基礎。 其次，分析了機械手運動規(guī)劃的一般性問題，對運動規(guī)劃幾種方法的適用性做了綜合比較和評價。深入研究了機械手時間最優(yōu)軌跡規(guī)劃的基本原理，討論了遺傳優(yōu)化原理及B樣條曲線的計算方法，采用B樣條曲線構造關節(jié)軌跡，提出了一種基

3、于種群集散度的改進自適應遺傳優(yōu)化算子，并應用于機械手時間最優(yōu)軌跡設計，優(yōu)化時同時考慮關節(jié)角速度、角加速度、角加加速度及關節(jié)力矩4種約束，并在關節(jié)空間對PUMA560前三鉸軌跡進行了優(yōu)化計算。 然后，對障礙空間下機械手的避障運動問題進行了分析研究。由于機械手作業(yè)環(huán)境的復雜性，手臂與障礙物間存在碰撞可能，因此必須規(guī)劃出一條無碰的末端軌跡，并保證各關節(jié)也無碰。本文對傳統(tǒng)人工勢場法進行了改進，提出了一種消除局部極小點的方法，使機械手術端