[发明专利]一种机器人行走与作业智能协同的运动规划方法

说明书

本发明涉及一种机器人行走与作业智能协同的运动规划方法，用于修剪绿篱的机器人，首先获取工作环境信息，规划出经过所有待修剪绿篱且运动总行程最短的全局路径，再确定修剪作业区，规划移动底盘的局部路径，对局部路径进行平滑处理，随后规划机器人机械臂的轨迹。本发明的运动规划方法可以实现机器人的全自动作业，提升了机器人的自动化、智能化水平。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人行走与作业智能协同的运动规划方法。

背景技术

近年来随着中国经济的持续发展和城镇化进程推进，城市园林绿化建设的市场容量和边界不断扩大，迎来了新的发展机遇，但随之而来的是城市绿化的养护问题，人工绿篱修剪成本越来越高，人们开始对绿篱修剪提出了高度机械化自动化的要求。目前国内很多研究机构对园艺机器人进行了一定程度的研究，比如：长安大学研制了一种能完成水平、垂直修剪的纯电动履带式园艺机器人，控制方式为人工遥控操作，自动化程度较低；广西大学研制了可以进行圆柱形绿篱修剪的车载绿篱修剪机器人，以人工操作摇杆的方式进行作业，同时也提出了一种基于无人行走系统和修剪机械手的全自动绿篱修剪机。

目前用于绿篱修剪的园艺机器人大部分由机械手和行走系统组成，机械手用于执行修剪作业，行走系统用于移动至作业区域，绿篱维护人员移动机械手到达圆柱形绿篱上方中心处后，启动修剪程序，手部旋转几圈完成绿篱的修剪。目前该技术的缺点是：修剪机的移动和机械手的作业多需要作业人员进行人工辅助操作，且移动底盘和修剪机械手独立作业。这种工作模式智能化、自动化程度有所欠缺。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种机器人行走与作业智能协同的运动规划方法，以解决现有的园艺机器人工作模式智能化、自动化程度低的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种机器人行走与作业智能协同的运动规划方法，用于修剪绿篱的机器人，所述运动规划方法包括：

步骤S1，规划全局路径：获取工作环境信息，识别出工作环境中的绿篱，构建地图模型，将起始点、待修剪的绿篱、终点分解为一系列的目标点，规划出经过所有目标点且运动总行程最短的行走顺序，即得到全局路径；

步骤S2，确定修剪作业区域：以待修剪绿篱的对中点为圆心，以机器人机械臂末端执行器的最大可达距离为半径，拟合一个圆形区域，在该圆形区域内机械臂无碰撞逆运动学存在可执行解；同时采样获取机器人移动底盘的无碰撞点，获得可行区域；所述圆形区域和所述可行区域的并集即为修剪作业区域；

步骤S3，规划移动底盘的局部路径：机器人移动底盘按照步骤S1规划的全局路径行走，到达步骤S2确定的每一个修剪作业区，规划出时间最短的局部路径，对局部路径进行平滑处理；

步骤S4，规划机器人机械臂的轨迹，分为三个阶段：

S41，规划出机械臂从起始位置移动至修剪位置的运动时间最短的运动轨迹，移动底盘运动自适应机械臂的移动；

S42，移动底盘在修剪作业区域按照规划路径匀速运动，基于机械臂逆运动学解，获得每个移动底盘位姿对应的机械臂位姿，机械臂的末端执行器保持在被修剪的绿篱的对中点执行修剪作业，机械臂完成修剪；

S43，机械臂从修剪位置回到起始位置。

在一种可能的实现方式中，步骤S1基于优化的分级粒子群-遗传算法来规划全局路径，包括以下步骤：

S11，获取工作环境信息，识别出工作环境中的绿篱，使用格栅法构建地图模型，将起始点、待修剪的绿篱、终点分解为一系列的目标点，将目标点信息导入地图中，计算任意2个目标点之间的曼哈顿距离，并将所得距离保存在矩阵target_d中，target_d为n行n列方阵，n为目标数；