基于采樣的采摘機器人機械臂避障算法研究.pdf

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

2、結合油茶果采摘機器人機械臂的結構特點，選取構形空間作為本文的避障路徑規(guī)劃空間。對傳統(tǒng)的機械臂構形空間構建方法所存在的不足進行分析，在此基礎上提出一種由離線階段和在線階段構成的快速構形空間構建方法。算法在離線階段通過遍歷機械臂構形完成外部碰撞數(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，快速構建機械臂在實時場景中的構形空間模型。
　　機械臂碰撞

3、模型的建立方法。通過對常用碰撞檢測技術和空間包圍盒優(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系對方向包圍盒各頂點坐標進行描述，并通過幾何分析法和空間矢量法詳細描述局部坐標系的建立過程，最后利用局部坐標系在基礎坐標系中的齊次變換矩陣將方向包圍盒在局部坐標系中的描述轉換到基礎坐標系中。
　　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)劣勢進行詳細的分析，在此基礎上選擇基于采樣的路徑規(guī)劃算法進行本文的避障路徑搜索。對雙向快速擴展隨機樹算法(RRT-Connect)以及漸進快速擴展隨機樹算法(Asymptotically Optimal Rapidly-exploring Random Tree，RRT*)進行融合改進，得到一種雙向漸進最優(yōu)快速擴展隨機樹算法。通過與原始的RRT-Connect和RRT*算法的性能比較驗證了融合