(19)中华人民共和国国家知识产权局
| (12)发明专利说明书 | |
| (10)申请公布号 CN 102662399 A (43)申请公布日 2012.09.12 |
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(21)申请号 CN201210142576.2
(22)申请日 2012.05.09
(71)申请人 江苏科技大学
地址 212003 江苏省镇江市梦溪路2号
(72)发明人 陈伟 曾庆军 平向意 王强
(74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人 柏尚春
(51)Int.CI
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，包括以下步骤：（1）采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行标定；（2）通过六自由度水果采摘机器人的机械手末端摄像头动态采集整个果树树冠的图像，并得到多个水果中心位置的三维坐标；（3）将所述水果中心位置的三维坐标视为树冠图像的顶点，并构造出一个无方向的连接图，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化；（4）快速搜索出哈密尔顿图中的一个关于所有所述顶点的排列。本发明使六自由度水果采摘机器人在最短的时间内，采摘到最多的水果，大大提高了六自由度水果采摘机器人的工作效率。 | |
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法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，其特征在于，包括 以下步骤：
（1）采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行 标定；
（2）通过六自由度水果采摘机器人的机械手末端摄像头动态采集整个果树 树冠的图像，并从处理后的树冠图像上得到某一时刻果树上多个水果中心位置的 三维坐标；
（3）将所述水果中心位置的三维坐标视为树冠图像的顶点，并通过连接顶 点在静态的树冠图像中构造出一个无方向的连接图，采用哈密尔顿图形法实现六 自由度水果采摘机器人路径的优化；
（4）快速搜索出哈密尔顿图中的一个关于所有所述顶点的排列，所述排列 为使六自由度水果采摘机器人末端经过的路径最短的排列。
2.如权利要求1所述的面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，其 特征在于，采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行 标定的具体步骤如下：
a，设所述六自由度水果采摘机器人基座坐标系为{0}，六自由度水果采摘机 器人末端坐标系为{6}，操纵六自由度水果采摘机器人六个关节使得其末端执行 器分别从三个不同的点指向锥体，使六自由度水果采摘机器人末端执行器接近锥 体顶部；其中，三个不同的点分别指第一个点、第二个点和第三个点；分别记录 六自由度水果采摘机器人末端执行器从第一个点、第二个点和第三个点指向锥体 时的机器人末端坐标系相对于机器人基座坐标系的坐标变换阵，并分别记为 <maths><math><mrow><mmultiscri
pts><mi>T</mi><mn>1</mn><none/><mprescripts/><mn>6</mn><mn>0</mn></mmultiscripts><mo>,</mo><mmultiscripts><mi>T</mi><mn>2</mn><none/><mprescripts/><mn>6</mn><mn>0</mn></mmultiscripts><mo>,</mo><mmultiscripts><mi>T</mi><mn>3</mn><none/><mprescripts/><mn>6</mn><mn>0</mn></mmultiscripts><mo>;</mo></mrow></math></maths>
b，操纵六自由度水果采摘机器人末端沿着所述六自由度水果采摘机器人基 座坐标系{0}的X轴正向平移一段距离，记为Δx，并记录当前六自由度水果采 摘机器人末端坐标系{6}相对于六自由度水果采摘机器人基座坐标系{0}的坐标 变换阵
c，操纵六自由度水果采摘机器人使其末端沿着所述六自由度水果采摘机器 人基座坐标系{0}的Z轴正向平移一段距离，记为Δz，并记录当前六自由度水果 采摘机器人末端坐标系{6}相对于所述六自由度水果采摘机器人基座坐标系{0} 的坐标变换阵
3.如权利要求1所述的面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，其 特征在于，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化是在哈 密尔顿图中到一个所有顶点的排列，且所述六自由度水果采摘机器人的末端执 行器按照所述排列经
过的路径是一条经过所有顶点且只经过一次、具有最短距离 的回路min L。
4.如权利要求2所述的面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，其 特征在于：所述锥体设有尖的顶部，倒置固定在表面平整且固定不动的支撑体上。
5.如权利要求1或3所述的面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法， 其特征在于，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化的具 体步骤如下：
首先，在所述的静态树冠图像中，假设一个无方向的连接图G （V，E,R,ω:E→Z<sup>+</sup>），其中V表示顶点集，E表示边集，R表示E的任意一个子集， ω表示边的权；然后，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的 优化，即：通过所述连接图G中的顶点，形成一个完整的哈密尔顿图：g（V<sup>H</sup>,E<sup>H</sup>, ω<sup>H</sup>），其中V<sup>H</sup>表示顶点集，E<sup>H</sup>表示边集，ω<sup>H</sup>表示边的权；所述哈密尔顿图g 中，每条边的权值由连接图G中同一条边上的顶点的排列顺序决定；设对于哈 密尔顿图g中顶点集V<sup>H</sup>={v<sub>1</sub>,v<sub>2</sub>......v<sub>n</sub>}的一个
排列顺序为T＝（t<sub>1</sub>,t<sub>2</sub>......t<sub>n</sub>），t<sub>i</sub>∈ V<sup>H</sup>(i＝1,2,...,n)，则哈密尔顿图形中六自由度水果采摘机器人路径优化后的最短路 径为：
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