番茄采摘機械手運動學(xué)仿真與避障算法研究.pdf

1、水果和蔬菜是人類生活中必不可少的食物，種植面積和產(chǎn)量逐年提高。研究開發(fā)適合目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際的果蔬采摘機器人，不僅可以很大程度減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率，而且具有廣闊的應(yīng)用前景。在國外，這項工作已經(jīng)進行了很多年，并取得了一定的研究成果；而在國內(nèi)，這個領(lǐng)域的應(yīng)用研究還相對滯后，離實際應(yīng)用還有很大距離。本文以番茄采摘機械手從初始位置移動到目標(biāo)番茄位置為考察對象，充分考慮采摘作業(yè)空間中障礙物的種類及屬性，結(jié)合MOTOMAN-SV3X采摘機器人機

2、械手本體特點，實現(xiàn)了番茄采摘機械手的基于局部采摘空間模型的避障路徑規(guī)劃。 本文主要完成的工作：機械手的運動學(xué)是避障路徑規(guī)劃研究的基礎(chǔ)，本文首先建立了MOTOMAN-SV3X的運動學(xué)模型，并在MATLAB/robotics toolbox平臺下，對MOTOMAN-SV3X的運動學(xué)進行了仿真研究。針對工作空間中可能存在的障礙物及形狀進行了分類及抽象，確定了關(guān)節(jié)空間(C-空間)為規(guī)劃空間，并利用邊界特征對機械手各關(guān)節(jié)和連桿與工作空間(

3、W-空間)中的障礙物可能的碰撞方向和位置作了幾何分析。結(jié)合采摘機器人機械手本體特點和幾何分析的結(jié)果，提出了一種番茄生長環(huán)境中的障礙物均可由一個點或兩個，最多三個點的臨界碰撞角表示的W-空間到C-空間轉(zhuǎn)換的計算方法。通過這種計算方法建立的C-空間障礙，可以把復(fù)雜的空間環(huán)境信息快速轉(zhuǎn)換為簡單的二維平面信息。最后利用人工智能中重要搜索算法-A*算法，在C-空間(二維平面信息)中實現(xiàn)了基于局部環(huán)境模型的番茄采摘機械手的避障路徑規(guī)劃。計算機仿真實