[發(fā)明專利]機(jī)械手采摘的控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710576855.2
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107309876B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡迎春;胡裔志;羅菁;牟向偉;彭帥星;羅衛(wèi)龍;羅春雷;萬理;黃煜
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;A01D46/30;G06T17/00;G06Q10/04
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

1.一種機(jī)械手采摘的控制方法,其特征在于：包括如下步驟：

(1)通過立體視覺系統(tǒng)及GPS模塊檢測和識別得出桑葉、桑枝、障礙物位置信息；

(2)以攝像機(jī)作為世界坐標(biāo)的原點，確定桑葉、桑枝、障礙物的世界坐標(biāo)，計算出桑葉、桑枝、障礙物坐標(biāo)信息；

(3)對桑葉、桑枝、障礙物進(jìn)行特征提取，建立虛擬三維模型，應(yīng)用基于直線探測法進(jìn)行機(jī)械手路徑規(guī)劃計算，得到無碰路徑，確定最優(yōu)運動路徑；

(4) 通過仿照人手型及其采摘動作，固定機(jī)械手在電動機(jī)的驅(qū)動下，按照最優(yōu)運動路徑到達(dá)指定位置并根據(jù)反饋信息進(jìn)行下一步動作；

(5)固定機(jī)械手根據(jù)力傳感器顯示在不損傷桑枝前提下握緊桑枝，隨后采摘機(jī)械手按照最優(yōu)運動路徑運動到達(dá)指定位置；

(6)采摘機(jī)械手通過立體視覺系統(tǒng)獲取桑葉圖像，通過識別系統(tǒng)監(jiān)控做往復(fù)運動采摘動作，直至采摘結(jié)束；

(7)采摘機(jī)械手和固定機(jī)械手按記憶的路徑離開采摘桑枝位置；

(8)將采摘好的桑葉進(jìn)行收集，完成采摘過程；

桑葉采摘機(jī)包括：采摘機(jī)械手和固定機(jī)械手；在步驟(3)中，確定最優(yōu)運動路徑具體過程如下：

1)通過定位系統(tǒng)確定桑葉采摘機(jī)與目標(biāo)位置坐標(biāo)分別為A(X_a ,Y_a)，B(X_b ,Y_b)，桑葉采摘機(jī)從起點A沿著線性方程向終點B移動；以起點坐標(biāo)A(X_a ,Y_a)作為初值，當(dāng)桑葉采摘機(jī)向終點B運動時,X、Y坐標(biāo)值不斷變化，當(dāng)遇到障礙時確定坐標(biāo)，以障礙點O(X_O ,Y_O)為局部坐標(biāo)中心，分別向上，下，左，右，左上，右上，左下，右下八個方向進(jìn)行擴(kuò)展得到八個新的坐標(biāo)，即：O₁(X_O,Y_O-1)，O₂(X_O,Y_O+1),O₃(X_O-1,Y_O),O₄(X_O+1 ,Y_O),O₅(X_O-1,Y_O-1),O₆(X_O+1,Y_O-1) ,O₇(X_O-1,Y_O+1)，O₈(X_O+1 ,Y_O+1)，并判斷新坐標(biāo)點是否遇到障礙物，把不再是障礙點的坐標(biāo)存入一個數(shù)組中，確定障礙物極值坐標(biāo)，從而建立障礙物的外接矩形，進(jìn)而確定障礙物與運動物體所能發(fā)生碰撞的范圍；

2)通過A、B兩點坐標(biāo)建立終點坐標(biāo)B關(guān)于起點坐標(biāo)A的線性方程；判斷運動時的坐標(biāo)點是否在碰撞范圍內(nèi)，從而確定障礙物與桑葉采摘機(jī)是否發(fā)生碰撞；

3)選擇外接矩形的頂點為新的坐標(biāo)點，新的坐標(biāo)點作為下一次搜索路徑的起點，新坐標(biāo)點稱為中途點；

①如果坐標(biāo)(X，Y)處沒有障礙物，桑葉采摘機(jī)繼續(xù)前進(jìn)得到新的坐標(biāo)點，繼續(xù)判斷新的坐標(biāo)(X，Y)處是否有障礙物，直到尋找到目標(biāo)B為止；從而建立起點、終點之間的線性方程，桑葉采摘機(jī)按此路徑運動；

②如果坐標(biāo)(X，Y)處有障礙物，則取X_b-X_a的符號為增量值ΔX的符號，自變量X遞增增量值|ΔX|＝1，即：X_i+1＝X_i+ΔX，Y值不變，且令X＝X_i+1 ,判斷新的坐標(biāo)(X，Y)處是否有障礙物：

如果新坐標(biāo)(X，Y)處依然有障礙物，則繼續(xù)②；

如果新坐標(biāo)(X，Y)處不是障礙物，則自變量X不變，取Y_b-Y_a的符號為增量值ΔY的符號，因變量Y遞增增量值|ΔY|＝1，即：Y_i+1＝Y(jié)_i+ΔY，且令Y＝Y(jié)_i+1，從而選擇外接矩形頂點成為新的坐標(biāo)(X，Y)；

③在新的坐標(biāo)(X，Y)與桑葉采摘機(jī)A(X_a ,Y_a)之間建立線性方程，則桑葉采摘機(jī)沿著兩坐標(biāo)點之間按線性方程運動；

④以桑葉采摘機(jī)的新坐標(biāo)即中途點為起點，以坐標(biāo)B(X_b ,Y_b)為終點建立線性方程，從而形成新的直線路徑，繼續(xù)向目標(biāo)B移動；

⑤重復(fù)步驟①、②、③、④直至尋找到目標(biāo)B；

⑥對步驟①、②、③、④、⑤所找到的所有桑葉采摘機(jī)從起點A到目標(biāo)B之間的路徑，通過用距離公式進(jìn)行求解，從所有的路徑中找出最小的距離做為最優(yōu)運動路徑。