[发明专利]一种适用于采摘机器人的无碰撞运动规划方法及装置

说明书

本申请涉及采摘机器人技术领域，公开了一种适用于采摘机器人的无碰撞运动规划方法及装置。在该方法中，首先确定采摘目标位置和障碍物位置；然后根据采摘机械臂模型和障碍物模型建立三维障碍物碰撞检测模型；根据采摘机械臂模型确定采摘机械臂末端的位姿信息；最后根据采摘机械臂初始位置、采摘目标位置、障碍物位置、三维障碍物碰撞检测模型和采摘机械臂末端的位姿信息，利用AtBi‑RRT算法对采摘路径进行规划，确定无碰撞路径，并控制采摘机械臂运动至采摘目标位置。本申请可以有效避免采摘机器人的采摘机械臂和末端执行器与树枝等障碍物发生碰撞，大大提高水果采摘效率。

技术领域

本申请涉及采摘机器人技术领域，尤其涉及一种适用于采摘机器人的无碰撞运动规划方法及装置。

背景技术

中国是全球最大的苹果生产国和消费国。苹果在成熟期内需要密集采摘，而采摘作业是苹果种植生产中最耗时、费力的环节之一。近年来，基于机器视觉的采摘机器人成为国内外农业工程的研究热点，它旨在通过智能机器人技术实现自动采摘水果。

采摘机器人是一个集环境感知、运动规划和伺服控制于一体的综合系统。其中，运动规划是自动采摘的重要基础和前提。然而，水果采摘环境复杂，采摘机器人的采摘机械臂和末端执行器很可能与树枝等障碍物发生碰撞，从而降低水果采摘效率。

发明内容

本申请公开了一种适用于采摘机器人的无碰撞运动规划方法及装置，用于解决现有技术中，采摘机器人的采摘机械臂和末端执行器很可能与树枝等障碍物发生碰撞，从而降低水果采摘效率的技术问题。

本申请第一方面公开了一种适用于采摘机器人的无碰撞运动规划方法，包括：

对采摘目标和障碍物进行定位，确定采摘目标位置和障碍物位置；

对采摘机器人的采摘机械臂进行建模，建立采摘机械臂模型，以及对障碍物进行建模，建立障碍物模型；

根据所述采摘机械臂模型和所述障碍物模型，建立三维障碍物碰撞检测模型；

根据所述采摘机械臂模型，确定采摘机械臂末端的位姿信息；

获取采摘机械臂初始位置，并根据所述采摘机械臂初始位置、所述采摘目标位置、所述障碍物位置、所述三维障碍物碰撞检测模型和所述采摘机械臂末端的位姿信息，利用AtBi-RRT算法对采摘路径进行规划，确定无碰撞路径；

控制所述采摘机械臂沿所述无碰撞路径运动至所述采摘目标位置。

可选的，所述利用AtBi-RRT算法对采摘路径进行规划，确定无碰撞路径，包括：

利用AtBi-RRT算法对采摘路径进行规划，确定所述采摘机械臂的移动位置；

根据采摘机械臂的移动位置，确定所述无碰撞路径；

通过如下公式确定所述采摘机械臂的移动位置：

其中，θ_new表示所述采摘机械臂的移动位置；θ_near表示预设的中间点；θ_goal表示所述采摘目标位置；θ_rand表示预设的随机采样点；ρ表示搜索步长，k表示目标重力系数，所述搜索步长ρ和所述目标重力系数k进行动态调整。

可选的，所述搜索步长ρ和所述目标重力系数k进行动态调整，包括：

通过如下公式对所述搜索步长ρ和所述目标重力系数k进行动态调整：

当d≤q时，减少所述搜索步长ρ和所述目标重力系数k；

其中，d表示所述采摘机械臂的移动位置到下一个预设的随机采样点之间的距离；q表示所述采摘机械臂的移动位置到所述采摘目标位置的距离。