[發(fā)明專利]一種蘑菇往復(fù)推動無損采摘方式及其路徑規(guī)劃方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210630037.7
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN115034466A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞濤;梅嘯寒;蔡紅霞;楊淑珍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06N3/12;G06N3/00;A01G18/70
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種蘑菇往復(fù)推動無損采摘方式及其路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

A.設(shè)計蘑菇與培養(yǎng)基分離的往復(fù)推動采摘方式；

B.成熟蘑菇無損采摘最優(yōu)推動方向的確定方法；

C.考慮無損采摘推動方向及最優(yōu)路徑的雙目標(biāo)優(yōu)化成熟蘑菇采摘路徑規(guī)劃算法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蘑菇往復(fù)推動無損采摘方式及其路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟A具體包括：

步驟A1：利用末端執(zhí)行器對蘑菇進(jìn)行夾持或吸附；

步驟A2：沿蘑菇最優(yōu)推動方向往復(fù)推動蘑菇實(shí)現(xiàn)蘑菇與培養(yǎng)基的分離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種蘑菇往復(fù)推動無損采摘方式及其路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟A2中成熟蘑菇最優(yōu)推動方向是基于步驟B成熟蘑菇無損采摘最優(yōu)推動方向的確定方法來確定的，該方法具體包括：

步驟B1：獲取蘑菇分布圖像中蘑菇中心坐標(biāo)、菇帽半徑以及蘑菇高度數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)作為蘑菇數(shù)據(jù)特征保存；

步驟B2：利用蘑菇數(shù)據(jù)特征搜索出目標(biāo)蘑菇周圍的鄰域蘑菇以及次鄰域蘑菇；與目標(biāo)蘑菇相交或相切的蘑菇稱為鄰域蘑菇，與目標(biāo)蘑菇相離但依然會對目標(biāo)蘑菇的往復(fù)推動空間造成干涉的蘑菇稱為次鄰域蘑菇；

判斷可疑蘑菇為鄰域蘑菇的評價指標(biāo)，其確定形式如下：

0＜a_oi≤r_oi

其中a_oi代表目標(biāo)蘑菇與第i個可疑蘑菇之間的中心距；r_oi代表目標(biāo)與第i個可疑蘑菇的菇帽半徑和；i∈[1，...，n-1]，n為蘑菇總數(shù)；

判斷可疑蘑菇為次鄰域蘑菇的評價指標(biāo)，其確定形式如下：

r_oi＜a_oi≤d_o+r_i

其中r_i為可疑蘑菇的菇帽半徑，d_o代表目標(biāo)蘑菇的往復(fù)推動范圍，公式如下：

式中h_o與r_o分別代表目標(biāo)蘑菇的高度與菇帽半徑，k為推動采摘范圍系數(shù)，k∈(0，1]；

步驟B3：計算鄰域蘑菇解集、次鄰域蘑菇解集并確定蘑菇最優(yōu)推動方向；目標(biāo)蘑菇是否被其鄰域蘑菇包圍類比為點(diǎn)與多邊型的關(guān)系，利用改進(jìn)的叉乘判別法來判斷點(diǎn)與多邊形的的關(guān)系從而確定目標(biāo)蘑菇是否被其鄰域蘑菇包圍；假設(shè)鄰域蘑菇個數(shù)為m，在目標(biāo)蘑菇質(zhì)點(diǎn)p_o與每個鄰域蘑菇質(zhì)點(diǎn)p_i之間做向量其中，i∈[1，2，3，...，m]，m為鄰域蘑菇總數(shù)；選擇其中任一條向量如選作為基向量，剩余其他向量稱為鄰域向量，鄰域向量與基向量依次做叉乘與點(diǎn)乘運(yùn)算，具體公式如下：

其中f為方向系數(shù)，θ_2，i為帶有方向的向量夾角；

所有鄰域向量與基向量依次進(jìn)行叉乘、點(diǎn)乘運(yùn)算后得到的結(jié)果進(jìn)行升序排列，選擇出結(jié)果中的最大值θ_max與最小值θ_min；判斷點(diǎn)與多邊形關(guān)系的具體公式如下：

當(dāng)點(diǎn)在多邊形上和外時，均視為目標(biāo)蘑菇未被其鄰域蘑菇包圍；記錄下鄰域蘑菇解集A，具體表達(dá)形式如下：

A＝360°-(|θ_max|+|θ_min|)

利用內(nèi)公切線定理計算目標(biāo)蘑菇與某一個次鄰域蘑菇之間的內(nèi)公切角的計算公式如下：

其中n為次鄰域蘑菇個數(shù)，α_oi為目標(biāo)蘑菇與次鄰域蘑菇所成內(nèi)公切線夾角，a_oi為目標(biāo)蘑菇與次鄰域蘑菇中心距，r_o，r_i分別為目標(biāo)蘑菇菇帽半徑和次鄰域蘑菇菇帽半徑；

該內(nèi)公切角在0-360°范圍內(nèi)的補(bǔ)角β_oi稱為次鄰域蘑菇個體解集；補(bǔ)角β_oi計算公式如下：

β_oi＝360°-α_oi，i∈[1，...，n]

被摘的目標(biāo)蘑菇周圍鄰域蘑菇、次鄰域蘑菇的存在情況主要分為三種情況：

1)目標(biāo)蘑菇周圍不存在鄰域蘑菇、次鄰域蘑菇；

2)目標(biāo)蘑菇周圍既存在鄰域蘑菇也存在次鄰域蘑菇；

3)目標(biāo)蘑菇周圍只存在鄰域蘑菇、次鄰域蘑菇中的一種；

對于第一種情況，為了避免無效的計算，默認(rèn)這種情況的目標(biāo)蘑菇的采摘推動方向?yàn)?80°；對于第二種情況，應(yīng)使鄰域蘑菇解集A依次與次鄰域蘑菇個體解集β_oi進(jìn)行取交集操作，如若出現(xiàn)交集為空集的情況，則視為目標(biāo)蘑菇往復(fù)推動采摘失敗，退出可摘算法判斷；若所有取交集操作完成后交集不為空集，則保留該交集并將該交集用于確定可行推動方向；對于第三種情況，當(dāng)目標(biāo)蘑菇周圍僅存在鄰域蘑菇時，將目標(biāo)蘑菇與鄰域蘑菇關(guān)系判斷中獲得的鄰域蘑菇解集用于確定可行推動方向；當(dāng)目標(biāo)蘑菇周圍僅存在次鄰域蘑菇時，所有次鄰域蘑菇個體解集β_oi的交集便為該目標(biāo)蘑菇被所有次鄰域蘑菇干涉后的最終可行推動方向解集稱為次鄰域蘑菇解集B，具體表達(dá)形式如下：

當(dāng)次鄰域蘑菇解集B為空集時，目標(biāo)蘑菇不進(jìn)行往復(fù)推動采摘，視為采摘失敗，當(dāng)次鄰域蘑菇解集B不為空集時，目標(biāo)蘑菇進(jìn)行往復(fù)推動采摘，視為采摘成功；

從獲得的可行推動方向解集中選擇角度范圍最大的解集作為最優(yōu)推動方向的求解集；最優(yōu)推動方向求解公式：

其中θ_down、θ_up分別為求解集的下界和上界。