基于C-空间的桐油果采摘机器人机械臂避障路径规划研究

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1、分类号：：密级学校代号：１０５３８学号：２２０１２０００５８灰被夂Ｉ十ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＦｏｒｅｓｔｒ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙｙｇｙ硕士学术学位论文基于－空间的桐油果采摘机器ｃ人机械臂避障路径规划研究作者姓名：李帅导师姓名：周健培养学院工：机电程学院学科名称：机械工程研究方向：机械电子工程提交日期：２０１５年５月ＯｂｓｔａｃｌｅＡｖｏｉｄａｎｃｅＰａｔｈＰｌａｎｎｉｎｇｏｆＴｕｎＯｉｌＦ

2、ｒｕｉｔｓＨａｒｖｅｓｔｉｎｇｇｕａｔｏｒａｓｅｄｏｎ－ａｃｅｂＭａｎｉｐｌＢＣＳｐｙＬＩＳｈｕａｉＡｔｈｅｓｉｓｓｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎａｒｔｉａｌｆｕｌｆｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｐＲｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆｑｇＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒｐＰｒｏｆｅｓｓｏｒＺＨＯＵＪｉａｎＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ４９８Ｓｈａｏ

3、ｓｈａｎＲｏａｄ（Ｓ），ＴｉａｎｘｉｎＤｉｓｔｒｉｃｔＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１０００４，Ｐ．Ｒ．ＣＨＩＮＡＭａｙ，２０１５学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含为获得中南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后

4、果由本人承担。作者签名：＾年汐月彡曰十＊秣束科敉大營学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权中南林业科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：１保密口，在年解密后适用本授权书。２不保密口。“”（请您在以上相应方框打Ｖ），ｊ作者签名：导师签名：

5、１４１年《月厶曰年汐月？曰摘要随着科技的发展和林业作业模式的变革，研制适合我国经济林的集约化抚育、采摘、一个基本趋势收集多功能联合作业装备已成为我国林业发展的。广泛应用于生产、生活各个领域的机械臂作为现代科技发展的产物，必将成为林业生产装备的中坚力量，而工作环境中障碍物的存在严重制约着机械臂的应用和发展。因此本文就机械臂避障路径规划问题展开研究，对拓宽机械臂的应用范围、提高机械臂的生产能力有着重要的实际意义。本文主要从如下三个方面入手开展研究。机械臂物理和数学模型的建立及其运动学分析

6、。深入分析桐油果采摘机械臂物理模－型的特点，以该物理模型为基础采用ＤＨ描述法对该其进行数学建模。依据建立的运动学数学模型推导出其正逆运动学方程，并通过改进ＭＡＴＬＡＢ／Ｒｏｂｏｔｉｃｓｔｏｏｌｂｏｘ工具箱对机械臂进行仿真分析，验证了机械臂数学模型和正逆运动学方程的正确性。避障路径规划算法的设计。通过比较避障路径规划的几类常用算法的优缺点，最终选定基于Ｃ－空间的自由空间法作为机械臂进行避障路径规划的基础方法。通过分析桐油果采摘作业环境特点和采摘机械臂的结构特点并结合机械臂采摘实施方式提出由关节１

7、和关节４承担桐油果采摘过程中的避障关节的角色，并以此为基础设计了桐油果避障路径规划算法的主要步骤。Ｃ－Ｃ－空间信息描述与搜索算法的运用。了解空间障碍的定义与性质，建立了以点、圆－Ｃ－、线为基本元素的Ｃ空间障碍物的数学模型，并通过几何分析方法推导出了描述－空间信息空间障碍的边界函数。为方便避障规划Ｃ，使用边，本文决定采用栅格法描述－－空间障碍转化为以栅格描述的Ｃ空间障碍界函数描述的Ｃ，并使用ＭＡＴＬＡＢ建立栅格－工。化的Ｃ空间模型其后，综合分析多种传统搜索算法和人搜索算法的优缺点，本文采＊一用

8、Ａ搜索算法在栅格化的Ｃ－空间模型图上寻找出了条连接起始点和目标点的无撞路径。本文通过ＭＡＴＬＡＢ仿真和现场试验结合的方式对算法进行验证。验证结果表明，本文所采用的方法在障碍物存在的工作环境下可以快速、有效的规划无撞路径，论文达．到了预期的研究目标。关键字ＭＡＴＬＡＢ－Ａ＊算法：Ｃ空间避障路径规划