本申请涉及一种机械臂避障路径规划方法、装置、设备及介质，所述方法包括：针对RRT全局随机探索效率低的问题，提出了自适应球型采样空间限制探索区域提高搜索效率，同时避免出现陷入局部最值导致规划失败的问题，针对采样算法收敛速度较慢的问题，引入了目标引力，使搜索更具有方向性，提高收敛速度，融合A*算法中的代价函数，进一步提高搜索效率和收敛速度。本申请能够能够实现高效的避障、高质量的路径生成，以及对动态环境的实时响应，从而为机械臂采摘任务提供更为可靠和高效的路径规划方案。
1、随着自动化技术的不断发展，机械臂在农业领域的应用日益广泛，尤其在农田中的采摘作业中展现出了巨大的潜力。机械臂的高精度和高灵活性使其成为一种理想的采摘工具，可以有效提高农业生产效率。然而，机械臂在采摘过程中面临的路径规划问题成为限制其应用的一项重要挑战。
3、首先，人工势场法在机械臂采摘避障中容易陷入局部最小值的问题。由于环境复杂性和多个机械臂协同作业的情况，人工势场法导致机械臂选择不够灵活或不够高效的路径，影响采摘效率。此外，该方法对于动态环境的适应性较差，无法处理实时变化的障碍物，从而降低了机械臂在真实农田环境中的适用性。
4、其次，rrt法虽然在路径规划领域取得了显著的进展，但在机械臂采摘中仍存在一些问题，生成的路径可能是次优的，特别是在高维状态空间中。而且，rrt法在处理动态环境和精确性要求较高的场景时，面临计算复杂度高、规划时间长、路径质量不足等问题，使得其在农田采摘任务中的可行性受到挑战。
5、综上，适应现有技术中人工势场法导致机械臂选择不够灵活或不够高效的路径，影响采摘效率，以及rrt法处理动态环境和精确性要求较高的场景时，面临计算复杂度高、规划时间长、路径质量不足等问题，本申请人出于解决该问题的考虑作出相应的探索。
>技术实现思路1、本申请的目的在于解决上述问题而提供一种机械臂避障路径规划方法、相应的装置、电子设备及计算机可读存储介质。
2、为满足本申请的各个目的，本申请采用如下技术方案：
3、适应本申请的目的之一而提出的一种机械臂避障路径规划方法，包括：
4、响应机械臂避障路径规划指令，获取机械臂的执行路径的起点qstart以及当前拓展节点qexpand，构建以所述当前拓展节点qexpand为球心，半径为r的球体空间，将所述球体空间作为采样空间进行预设数量阈值的随机采样，以确定随机采样点序列qsequence；
5、对所述随机采样点序列qsequence中的每一个随机采样点qrand采用预设的代价函数按照代价从小到大进行排序，以确定排序后的随机采样点序列；
6、计算确定拓展树中的所有节点与所述排序后的随机采样点序列中的随机采样点qrand的欧式距离，根据所述欧式距离选取所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear；
7、基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew；
8、确定所述新节点qnew与距离所述随机采样点最近的节点qnear之间的路径，检测所述路径是否与障碍物发生碰撞，若无碰撞，则将所述新节点qnew加入拓展树中，作为距离所述随机采样点最近的节点的子节点，并将所述新节点qnew作为下一次循环的拓展节点qexpand；
9、计算确定所述新节点qnew与所述拓展树中的每一个节点之间的距离，当在所述拓展树中存在一个节点q使得||qnew-q||+cost(q)最小,则将节点q设为qnew的父节点，其中，||qnew-q||为两者之间的欧式距离，cost(q)为q到起点的路径长度；
10、确定所述新节点qnew与所述拓展节点qexpand之间的欧式距离是否小于局部最值标志阈值m，并计算小于所述局部最值标志阈值m的次数，当次数大于t时，进行探索空间半径调整，将所述探索空间半径设置为上一次探索空间半径r的两倍，当跳出局部最值区域后，依次将所述探索空间半径设置为上一次探索空间半径r的一半，直至恢复到原始采样空间半径；
11、检测所述新节点qnew与目标点之间的欧式距离是否小于或等于偏差阈值ε，若小于或等于偏差阈值ε，将最后一次循环得到的新拓展节点作为终点的父节点，将最后一次循环得到的新拓展节点作为子节点，在所述拓展树中不断回溯父节点，直至回溯到起点qstart；
12、将回溯找到的父节点按照预设顺序进行排序，确定最终的路径节点，基于最终的路径节点确定避障规划路径，以完成机械臂的避障路径规划。
13、可选的，对所述随机采样点序列qsequence中的每一个随机采样点qrand采用预设的代价函数按照代价从小到大进行排序，以确定排序后的随机采样点序列的步骤,包括：
14、所述预设的代价函数为：
15、f(q)＝g(q)+k·h(q)，
16、g(q)＝cost(qrand)，
17、h(q)＝||qrand-qgoal||，
18、其中，cost(qrand)为随机采样点qrand到起点qstart的路径长度，||qrand-qgoal||为qrand和终点qgoal的欧式距离，k为代价函数系数。
19、可选的，基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew的步骤，包括：
20、确定随机采样点的引力的计算公式为：
21、
22、其中，uatt表征随机采样点的引力，katt为引力的尺度因子，ρ(qrand,qgoal)为随机采样点qrand到终点qgoal的欧式距离；
23、基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，其计算公式为：
24、qrand＝qnew_rand+uatt，
25、其中，所述qrand表征随机采样点，所述qnew_rand表征更新后的随机采样点。
26、可选的，基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew的步骤，包括：
27、根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew，其计算公式为：
28、
29、可选的，确定所述新节点qnew与距离所述随机采样点最近的节点qnear之间的路径，检测所述路径是否与障碍物发生碰撞的步骤，包括：
30、检测到所述新节点qnew与距离所述随机采样点最近的节点qnear之间的路径与与障碍物发生碰撞，重新执行计算确定拓展树中的所有节点与所述排序后的随机采样点序列中的随机采样点qrand的欧式距离，根据所述欧式距本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机械臂避障路径规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，对所述随机采样点序列qsequence中的每一个随机采样点qrand采用预设的代价函数按照代价从小到大进行排序，以确定排序后的随机采样点序列的步骤,包括：
3.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，确定所述新节点qnew与距离所述随机采样点最近的节点qnear之间的路径，检测所述路径是否与障碍物发生碰撞的步骤，包括：
6.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，将回溯找到的父节点按照预设顺序进行排序，确定最终的路径节点的步骤之后，包括：
7.根据权利要求1至6任意一项所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，将回溯找到的父节点按照预设顺序进行排序，确定最终的路径节点，基于最终的路径节点确定避障规划路径，以完成机械臂的避障路径规划的步骤，包括：
8.一种机械臂避障路径规划装置，其特征在于，包括:
9.一种电子设备，包括中央处理器和存储器，其特征在于，所述中央处理器用于调用运行存储于所述存储器中的计算机程序以执行如权利要求1至7中任意一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其以计算机可读指令的形式存储有依据权利要求1至7中任意一项所述的方法所实现的计算机程序，该计算机程序被计算机调用运行时，执行相应的方法所包括的步骤。
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【技术特征摘要】
1.一种机械臂避障路径规划方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，对所述随机采样点序列qsequence中的每一个随机采样点qrand采用预设的代价函数按照代价从小到大进行排序，以确定排序后的随机采样点序列的步骤,包括：
3.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的机械臂避障路径规划方法，其特征在于，基于所述随机采样点qrand以及其相对应的引力计算确定更新后的随机采样点qnew_rand，根据所述更新后的随机采样点qnew_rand以及所述拓展树中距离所述随机采样点最近的节点qnear，计算确定新节点qnew的步骤，包括：
5.根据权利要求1所述的机械臂避障路径规划方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：李君，陈渊，马哲，夏娟，曾晔，江润鹏，麦超栋，柯森蓝，蔡佳敏，王倩，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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