基于多关节机械臂实现采摘的控制方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于多关节机械臂实现采摘的控制方法、系统及装置，包括：获取待采摘物体的目标位置坐标及机械臂最末端旋转电机的当前位置坐标；基于当前位置坐标及目标位置坐标得到当前位置到目标位置的一级路径；将一级路径进行分段处理，得到N段二级路径，基于二级路径的数量通过线性插值方法得到N

【技术实现步骤摘要】
基于多关节机械臂实现采摘的控制方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及机器人智能控制
，尤其涉及一种基于多关节机械臂实现采摘的控制方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]随着社会人口的老龄化和农业劳动力的逐步减少，一些繁重、单调的农业生产越来越需要机械化、自动化、智能化的机器来替代。农作物的规模化种植得到初步发展，以及人力成本的大幅提高，传统的人工采摘方式逐渐不再能事宜发展的需求，采用自动化设备实现农业果实采摘势在必行。而越来越多的智能化自动化技术被应用在了农业机器人
，农业机器人在很多国家取得了较大的突破，为农业劳动减轻了很多工作量。
[0003]在所有农业机器人中，目前研究最火热的当属采摘机器人，采摘作业是水果或者有关蔬菜生产中最耗时、最费力的一个环节，采摘机器人的机械臂和末端执行器是农业机器人的重要类型，它能够降低工人劳动强度和生产费用，具有很大发展潜力。而目前大部分的采摘机器人的机械臂和末端执行器一般由视觉系统、行走机构、控制系统、采摘机械臂和末端执行器等部分组成。但是由于控制技术或者识别技术的误差度比较大，目前采摘的精确度相对来说没有想象中的那么高，当前影响采摘机器人的机械臂和末端执行器及其末端执行器执行采摘精确度的因素主要有：
[0004]机器人及其末端执行器结构、作业方法、控制系统及驱动方式复杂，采摘速度较慢；机器人目标果实视觉定位及机械臂位置定位误差较大；末端执行器不能成功获取果实或获取后果实失落；采摘过程中自然风等因素引起果实晃动而使果实定位不准确等。
[0005]因此需要一种更精确的采摘控制方式来解决采摘精确度这个问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种基于多关节机械臂实现采摘的控制方法、系统及装置。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0008]一种基于多关节机械臂实现采摘的控制方法，包括以下步骤：
[0009]基于传感器数据获取待采摘物体的目标位置坐标，基于电机的编码器信息以及臂展参数得到机械臂最末端旋转电机的当前位置坐标，其中，机械臂为多关节机械臂，至少包括两个旋转电机；
[0010]基于当前位置坐标及目标位置坐标得到当前位置到目标位置的一级路径；
[0011]将一级路径进行分段处理，得到N段二级路径，基于二级路径的数量通过线性插值方法得到N
‑
1个二级路径交点的坐标；
[0012]将N
‑
1个交点的坐标通过预设极坐标转换模型转换为极坐标系中的极坐标，其中，极坐标中的角度为最末端电机的第一旋转角度，极坐标中的数值为最末端旋转电机的运动距离；
[0013]控制机械臂最末端旋转电机从当前目标位置按照N
‑
1个交点的极坐标运动到当前位置，运动过程中最末端旋转电机按照第一旋转角度进行转动，并使得其他旋转电机的旋转角度与第一旋转角度之和为定值，进而执行采摘动作。
[0014]作为一种可实施方式，将当前位置坐标设置为A(a1,b1,c1)，目标位置坐标设置为B(a2,b2,c2)，则一级路径AB表示如下：
[0015]其中，a1,b1,c1和a2,b2,c2都不同时为0；
[0016]则N
‑
1个二级路径交点的坐标分别为A0(a2,b2,c2)，A1(a3,b3,c3)
…………
A
n
‑1(a
n
‑1,b n
‑1,c
n
‑1)。
[0017]作为一种可实施方式，所述预设极坐标转换模型表示如下：
[0018]x＝ρcosθ,y＝ρsinθ,ρ2＝x2+y2,tanθ＝y/x(x≠0)
[0019]其中，x和y表示原始坐标值，θ表示最末端旋转电机需要旋转的角度。
[0020]作为一种可实施方式，所述控制电机从当前目标位置按照N
‑
1个交点的坐标运动到当前位置且各个电机旋转相应的角度，包括以下步骤：
[0021]在极坐标系中，将当前位置坐标设置为A1(ρ1,θ1)，将目标位置坐标设置为B1(ρ
n
,θ
n
)，将N
‑
1个交点的极坐标设置为A10(ρ2,θ2)，A11(ρ3,θ3)
…………
A1
n
‑1((ρ
n
‑1,θ
n
‑1))，其中，θ表示旋转角度，ρ表示运动距离；
[0022]控制机械臂最末端关节电机从A1点按照角度θ2旋转至A10，运动距离为ρ2；
[0023]控制机械臂最末端关节电机按照坐标A11(ρ3,θ3)
…………
A1
n
‑1((ρ
n
‑1,θ
n
‑1))继续运动，直至到达A1
n
‑1；
[0024]继续控制机械臂最末端关节电机按照角度θ
n
旋转，运动距离ρ
n
运动，到达目标位置B1。
[0025]作为一种可实施方式，所述使得其他旋转电机的旋转角度与第一旋转角度之和为定值，包括以下步骤：
[0026]假设其他旋转电机的旋转角度为则为定值。
[0027]作为一种可实施方式，所述执行采摘动作，包括以下步骤：
[0028]判断机械臂的夹爪是否对准待采摘目标；
[0029]若对准，则控制夹爪迁移至待采摘目标处，准备采摘；
[0030]判断是否移动到位，若到位，则启动采摘动作。
[0031]一种基于多关节机械臂实现采摘的控制系统，包括数据获取模块、路径构建模块、路径拆分模块、坐标转换模块及执行运动模块；
[0032]所述数据获取模块，基于传感器数据获取待采摘物体的目标位置坐标，基于电机的编码器信息以及臂展参数得到机械臂最末端旋转电机的当前位置坐标，其中，机械臂为多关节机械臂，至少包括两个旋转电机；
[0033]所述路径构建模块，基于当前位置坐标及目标位置坐标得到当前位置到目标位置的一级路径；
[0034]所述路径拆分模块，用于将一级路径进行分段处理，得到N段二级路径，基于二级路径的数量通过线性插值方法得到N
‑
1个二级路径交点的坐标；
[0035]所述坐标转换模块，用于将N
‑
1个交点的坐标通过预设极坐标转换模型转换为极
坐标系中的极坐标，其中，极坐标中的角度为最末端电机的第一旋转角度，极坐标中的数值为最末端旋转电机的运动距离；
[0036]所述执行运动模块，用于控制机械臂最末端旋转电机从当前目标位置按照N
‑
1个交点的极坐标运动到当前位置，运动过程中最末端旋转电机按照第一旋转角度进行转动，并使得其他旋转电机的旋转角度与第一旋转角度之和为定值，进而执行采摘动作。
[0037]作为一种可实施方式，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多关节机械臂实现采摘的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：基于传感器数据获取待采摘物体的目标位置坐标，基于电机的编码器信息以及臂展参数得到机械臂最末端旋转电机的当前位置坐标，其中，机械臂为多关节机械臂，至少包括两个旋转电机；基于当前位置坐标及目标位置坐标得到当前位置到目标位置的一级路径；将一级路径进行分段处理，得到N段二级路径，基于二级路径的数量通过线性插值方法得到N
‑
1个二级路径交点的坐标；将N
‑
1个交点的坐标通过预设极坐标转换模型转换为极坐标系中的极坐标，其中，极坐标中的角度为最末端电机的第一旋转角度，极坐标中的数值为最末端旋转电机的运动距离；控制机械臂最末端旋转电机从当前目标位置按照N
‑
1个交点的极坐标运动到当前位置，运动过程中最末端旋转电机按照第一旋转角度进行转动，并使得其他旋转电机的旋转角度与第一旋转角度之和为定值，进而执行采摘动作。2.根据权利要求1所述的基于多关节机械臂实现采摘的控制方法，其特征在于，将当前位置坐标设置为A(a1,b1,c1)，目标位置坐标设置为B(a2,b2,c2)，则一级路径AB表示如下：其中，a1,b1,c1和a2,b2,c2都不同时为0；则N
‑
1个二级路径交点的坐标分别为A0(a2,b2,c2)，A1(a3,b3,c3)
…………
A
n
‑1(a
n
‑1,b
n
‑1,c
n
‑1)。3.根据权利要求1所述的基于多关节机械臂实现采摘的控制方法，其特征在于，所述预设极坐标转换模型表示如下：x＝ρcosθ,y＝ρsinθ,ρ2＝x2+y2,tanθ＝y/x(x≠0)其中，x和y表示原始坐标值，θ表示最末端旋转电机需要旋转的角度。4.根据权利要求1或2所述的基于多关节机械臂实现采摘的控制方法，其特征在于，所述控制电机从当前目标位置按照N
‑
1个交点的坐标运动到当前位置且各个电机旋转相应的角度，包括以下步骤：在极坐标系中，将当前位置坐标设置为A1(ρ1,θ1)，将目标位置坐标设置为B1(ρ
n
,θ
n
)，将N
‑
1个交点的极坐标设置为A10(ρ2,θ2)，A11(ρ3,θ3)
…………
A1
n
‑1((ρ
n
‑1,θ
n
‑1))，其中，θ表示旋转角度，ρ表示运动距离；控制机械臂最末端关节电机从A1点按照角度θ2旋转至A10，运动距离为ρ2；控制机械臂最末端关节电机按照坐标A11(ρ3,θ3)
…………
A1
n
‑1((ρ
n
‑1,θ
n
‑1))继续运动，直至到达A1
n
‑1；继续控制机械臂最末端关节电机按照角度θ
n
旋转，运动距离ρ
n
运动，到达目标位置B1。5.根据权利要求1所述的基于多关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓河强，周侗侗，杨忠宝，
申请(专利权)人：苏州书农科技有限公司，
类型：发明
国别省市：