[发明专利]机械手采摘的控制方法

权利要求书

1.一种机械手采摘的控制方法,其特征在于：包括如下步骤：

(1)通过立体视觉系统及GPS模块检测和识别得出桑叶、桑枝、障碍物位置信息；

(2)以摄像机作为世界坐标的原点，确定桑叶、桑枝、障碍物的世界坐标，计算出桑叶、桑枝、障碍物坐标信息；

(3)对桑叶、桑枝、障碍物进行特征提取，建立虚拟三维模型，应用基于直线探测法进行机械手路径规划计算，得到无碰路径，确定最优运动路径；

(4) 通过仿照人手型及其采摘动作，固定机械手在电动机的驱动下，按照最优运动路径到达指定位置并根据反馈信息进行下一步动作；

(5)固定机械手根据力传感器显示在不损伤桑枝前提下握紧桑枝，随后采摘机械手按照最优运动路径运动到达指定位置；

(6)采摘机械手通过立体视觉系统获取桑叶图像，通过识别系统监控做往复运动采摘动作，直至采摘结束；

(7)采摘机械手和固定机械手按记忆的路径离开采摘桑枝位置；

(8)将采摘好的桑叶进行收集，完成采摘过程；

桑叶采摘机包括：采摘机械手和固定机械手；在步骤(3)中，确定最优运动路径具体过程如下：

1)通过定位系统确定桑叶采摘机与目标位置坐标分别为A(X_a ,Y_a)，B(X_b ,Y_b)，桑叶采摘机从起点A沿着线性方程向终点B移动；以起点坐标A(X_a ,Y_a)作为初值，当桑叶采摘机向终点B运动时,X、Y坐标值不断变化，当遇到障碍时确定坐标，以障碍点O(X_O ,Y_O)为局部坐标中心，分别向上，下，左，右，左上，右上，左下，右下八个方向进行扩展得到八个新的坐标，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)，并判断新坐标点是否遇到障碍物，把不再是障碍点的坐标存入一个数组中，确定障碍物极值坐标，从而建立障碍物的外接矩形，进而确定障碍物与运动物体所能发生碰撞的范围；

2)通过A、B两点坐标建立终点坐标B关于起点坐标A的线性方程；判断运动时的坐标点是否在碰撞范围内，从而确定障碍物与桑叶采摘机是否发生碰撞；

3)选择外接矩形的顶点为新的坐标点，新的坐标点作为下一次搜索路径的起点，新坐标点称为中途点；

①如果坐标(X，Y)处没有障碍物，桑叶采摘机继续前进得到新的坐标点，继续判断新的坐标(X，Y)处是否有障碍物，直到寻找到目标B为止；从而建立起点、终点之间的线性方程，桑叶采摘机按此路径运动；

②如果坐标(X，Y)处有障碍物，则取X_b-X_a的符号为增量值ΔX的符号，自变量X递增增量值|ΔX|＝1，即：X_i+1＝X_i+ΔX，Y值不变，且令X＝X_i+1 ,判断新的坐标(X，Y)处是否有障碍物：

如果新坐标(X，Y)处依然有障碍物，则继续②；

如果新坐标(X，Y)处不是障碍物，则自变量X不变，取Y_b-Y_a的符号为增量值ΔY的符号，因变量Y递增增量值|ΔY|＝1，即：Y_i+1＝Y_i+ΔY，且令Y＝Y_i+1，从而选择外接矩形顶点成为新的坐标(X，Y)；

③在新的坐标(X，Y)与桑叶采摘机A(X_a ,Y_a)之间建立线性方程，则桑叶采摘机沿着两坐标点之间按线性方程运动；

④以桑叶采摘机的新坐标即中途点为起点，以坐标B(X_b ,Y_b)为终点建立线性方程，从而形成新的直线路径，继续向目标B移动；

⑤重复步骤①、②、③、④直至寻找到目标B；

⑥对步骤①、②、③、④、⑤所找到的所有桑叶采摘机从起点A到目标B之间的路径，通过用距离公式进行求解，从所有的路径中找出最小的距离做为最优运动路径。