基于C-空間的桐油果采摘機器人機械臂避障路徑規(guī)劃研究

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1、分類號：：密級學校代號：１０５３８學號：２２０１２０００５８灰被夂Ｉ十ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＦｏｒｅｓｔｒ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙｙｇｙ碩士學術(shù)學位論文基于－空間的桐油果采摘機器ｃ人機械臂避障路徑規(guī)劃研究作者姓名：李帥導(dǎo)師姓名：周健培養(yǎng)學院工：機電程學院學科名稱：機械工程研究方向：機械電子工程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學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品，也不包含為獲得中南林業(yè)科技大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書所使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后

4、果由本人承擔。作者簽名：＾年汐月彡曰十＊秣束科敉大營學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件或電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)中南林業(yè)科技大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于：１保密口，在年解密后適用本授權(quán)書。２不保密口。“”（請您在以上相應(yīng)方框打Ｖ），ｊ作者簽名：導(dǎo)師簽名：

5、１４１年《月厶曰年汐月？曰摘要隨著科技的發(fā)展和林業(yè)作業(yè)模式的變革，研制適合我國經(jīng)濟林的集約化撫育、采摘、一個基本趨勢收集多功能聯(lián)合作業(yè)裝備已成為我國林業(yè)發(fā)展的。廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活各個領(lǐng)域的機械臂作為現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，必將成為林業(yè)生產(chǎn)裝備的中堅力量，而工作環(huán)境中障礙物的存在嚴重制約著機械臂的應(yīng)用和發(fā)展。因此本文就機械臂避障路徑規(guī)劃問題展開研究，對拓寬機械臂的應(yīng)用范圍、提高機械臂的生產(chǎn)能力有著重要的實際意義。本文主要從如下三個方面入手開展研究。機械臂物理和數(shù)學模型的建立及其運動學分析

6、。深入分析桐油果采摘機械臂物理模－型的特點，以該物理模型為基礎(chǔ)采用ＤＨ描述法對該其進行數(shù)學建模。依據(jù)建立的運動學數(shù)學模型推導(dǎo)出其正逆運動學方程，并通過改進ＭＡＴＬＡＢ／Ｒｏｂｏｔｉｃｓｔｏｏｌｂｏｘ工具箱對機械臂進行仿真分析，驗證了機械臂數(shù)學模型和正逆運動學方程的正確性。避障路徑規(guī)劃算法的設(shè)計。通過比較避障路徑規(guī)劃的幾類常用算法的優(yōu)缺點，最終選定基于Ｃ－空間的自由空間法作為機械臂進行避障路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)方法。通過分析桐油果采摘作業(yè)環(huán)境特點和采摘機械臂的結(jié)構(gòu)特點并結(jié)合機械臂采摘實施方式提出由關(guān)節(jié)１

7、和關(guān)節(jié)４承擔桐油果采摘過程中的避障關(guān)節(jié)的角色，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了桐油果避障路徑規(guī)劃算法的主要步驟。Ｃ－Ｃ－空間信息描述與搜索算法的運用。了解空間障礙的定義與性質(zhì)，建立了以點、圓－Ｃ－、線為基本元素的Ｃ空間障礙物的數(shù)學模型，并通過幾何分析方法推導(dǎo)出了描述－空間信息空間障礙的邊界函數(shù)。為方便避障規(guī)劃Ｃ，使用邊，本文決定采用柵格法描述－－空間障礙轉(zhuǎn)化為以柵格描述的Ｃ空間障礙界函數(shù)描述的Ｃ，并使用ＭＡＴＬＡＢ建立柵格－工?；模每臻g模型其后，綜合分析多種傳統(tǒng)搜索算法和人搜索算法的優(yōu)缺點，本文采＊一用

8、Ａ搜索算法在柵格化的Ｃ－空間模型圖上尋找出了條連接起始點和目標點的無撞路徑。本文通過ＭＡＴＬＡＢ仿真和現(xiàn)場試驗結(jié)合的方式對算法進行驗證。驗證結(jié)果表明，本文所采用的方法在障礙物存在的工作環(huán)境下可以快速、有效的規(guī)劃無撞路徑，論文達．到了預(yù)期的研究目標。關(guān)鍵字ＭＡＴＬＡＢ－Ａ＊算法：Ｃ空間避障路徑規(guī)劃