机器人自动避障综述

JS U N I V E R S I T Y

本科毕业论文

综述

采摘机械手路径避障综述

1.采摘机械手路径规划

机械手避障路径规划定义：对于自治式移动机器人，它的一个重要组成部分就是路径规划,它的任务就是根据一定的评价标准,在具有障碍物的环境内，寻找一条从起始状态(包括姿态和位置)到达目标状态(包括姿态和位置)的无碰路径。移动机器人的自动避障路径规划，其性能指标包括实时性、可达性、安全性。在此基础上优化算法，达到路径短，时间短的目的。目前机器人学界正在热衷于寻求智能化的算法，使得机器人能够模拟人的经验学习能力，具有自学习、自组织的能力，逼近非线性，而且具有一定的容错能力。本文主要研究静态环境下，果实采摘机械手自动避障路径规划。

1.1农业采摘机器人机械手避障规划的研究现状

机器人在农业中的运用越来越广泛，如今各种果蔬采摘机器人如苹果，黄瓜，茄子等等，种类越来越多，不管对于何种采摘机器人，其机械手路径规划都是农业采摘机器人研究的重要环节之一。在路径规划中，Goh Shyh Chyan等提出粒子群优化（PSO），该算法提出了四种解决避障冗余度机器人的控制问题。主要研究在静态障碍物环境下，一个5个自由度的机械手，通过引入二次近似算子和

速度更新程序相结合的混合微粒群算法，搜索机械臂的安全无碰撞路径。WilliamBenn等人认为，神经网络可以用来控制机器人完成跟踪和在复杂环境中的避障路径规划等任务。神经网络控制器的鲁棒性噪声可以适应不同的环境和机器人的构型。进化神经控制器控制效果和无障碍环境下的的逆运动学控制以及存在环境障碍物基于快速探索随机树的路径规划控制器等控制算法相似。为了将神经网络算法可靠推广到有移动障碍环境中，使得机械手能够在自然环境可靠地工作，提出增强神经进化拓扑结构。包卫卫等采用一般随机路标法得到一个表示机械臂位形空间结构信息的路标，提前检验各个路标之间的连通关系得到一个路标连通图，当实际路径规划时，分别找到距出发点和目标点最近的两个路标点，然后利用启发式搜索方法搜索路标连通图得到连接两个路标的路径，得到需要的路径。梁喜凤在笛卡尔空间中，采用基于伪距离的避障路径规划算法，以采摘机械手可操度作为优化指标，采用性能优化和正运动学迭代相结合的方法，进行点到点的路径规划。尹建军等根据番茄的生长特点，提出一种基于构型空间的关节型机械臂路径规划方法，利用空间映射原理，将关节型机械臂工作空间的三维避障问题转换为R-R平面机械臂避开障碍圆的问题，用临界碰撞关节角建立C-障碍空间的映射计算模型，将工作空间的位置避障转换为构形空间连杆关节角的计

*算法计算平面R-R 算。以能量最优函数优选避障规划的关节终点角度，利用A

机械臂的避障关节角路径，获得一系列表示空间连杆位置的相交竖直面，并在竖直面内进行其余关节角的规划。姬伟等针对非结构化环境下，提出一种基于人工势场的苹果采摘机器人机械手避障方法，根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征，进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现，结构简单等优点的基础上，针对其存在的局部极小点，陷进区等问题，结合果树生长环境中障碍物的特点，通过引入虚拟目标点使搜索过程跳出局部最优的极小点，从而实现机械手避开障碍物到达目标的灵活避障。