【摘要】 本发明公开了一种面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，包括以下步骤：(1)采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行标定；(2)通过六自由度水果采摘机器人的机械手末端摄像头动态采集整个果树树冠的图像，并得到多个水果中心位置的三维坐标；(3)将所述水果中心位置的三维坐标视为树冠图像的顶点，并构造出一个无方向的连接图，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化；(4)快速出哈密尔顿图中的一个关于所有所述顶点的排列。本发明使六自由度水果采摘机器人在最短的时间内，采摘到最多的水果，大大提高了六自由度水果采摘机器人的工作效率。 【专利类型】发明授权 【申请人】江苏科技大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】212003 江苏省镇江市梦溪路2号 【申请人地区】中国 【申请人城市】镇江市 【申请人区县】京口区 【申请号】CN201210142576.2 【申请日】2012-05-09 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102662399B 【公开公告日】2014-10-22 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102662399B 【授权公告日】2014-10-22 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G05D1/02 【发明人】陈伟; 汤养; 曾庆军; 平向意; 王强 【主权项内容】1.一种面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行标定； (2)通过六自由度水果采摘机器人的机械手末端摄像头动态采集整个果树树冠的图像，并从处理后的树冠图像上得到某一时刻果树上多个水果中心位置的三维坐标； (3)将所述水果中心位置的三维坐标视为树冠图像的顶点，并通过连接顶点在静态的树冠图像中构造出一个无方向的连接图，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化； (4)快速出哈密尔顿图中的一个关于所有所述顶点的排列，所述排列为使六自由度水果采摘机器人末端经过的路径最短的排列； 采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行标定的具体步骤如下： a，设所述六自由度水果采摘机器人基座坐标系为{0}，六自由度水果采摘机器人末端坐标系为{6}，操纵六自由度水果采摘机器人六个关节使得其末端执行器分别从三个不同的点指向锥体，使六自由度水果采摘机器人末端执行器接近锥体顶部；其中，三个不同的点分别指第一个点、第二个点和第三个点；分别记录六自由度水果采摘机器人末端执行器从第一个点、第二个点和第三个点指向锥体时的机器人末端坐标系相对于机器人基座坐标系的坐标变换阵，并分别记为 b，操纵六自由度水果采摘机器人末端沿着所述六自由度水果采摘机器人基座坐标系{0}的X轴正向平移一段距离，记为Δx，并记录当前六自由度水果采摘机器人末端坐标系{6}相对于六自由度水果采摘机器人基座坐标系{0}的坐标变换阵 c，操纵六自由度水果采摘机器人使其末端沿着所述六自由度水果采摘机器人基座坐标系{0}的Z轴正向平移一段距离，记为Δz，并记录当前六自由度水果采摘机器人末端坐标系{6}相对于所述六自由度水果采摘机器人基座坐标系{0}的坐标变换阵 采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化是在哈密尔顿图中找到一个所有顶点的排列，且所述六自由度水果采摘机器人的末端执行器按照所述排列经过的路径是一条经过所有顶点且只经过一次、具有最短距离的回路min L； 采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化的具体步骤如下： 首先，在所述的静态树冠图像中，假设一个无方向的连接图G(V, E, R, ω)，其中V表示顶点集，E表示边集且E为正整数，R表示E的任意一个子集，ω表示边的权；然后，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化，即：通过所述连接图G中的顶点，形成一个完整的哈密尔顿图：g(VH, EH, ωH)，其中VH表示顶点集，EH表示边集，ωH表示边的权；所述哈密尔顿图g中，每条边的权值由连接图G中同一条边上的顶点的排列顺序决定；设对于哈密尔顿图g中顶点集VH={v1, v2……vn}的一个排列顺序为T=(t1, t2……tn)，ti∈VH(i=1, 2, …, n)，则哈密尔顿图形中六自由度水果采摘机器人路径优化后的最短路径为： 其中 表示哈密尔顿图g中边的权值； (4)建立哈密尔顿图g后，采用六自由度水果采摘机器人路径优化方法进行计算，其步骤如下： 1)建立个体信息：所述个体信息包括未访问顶点列表、已访问顶点列表、未访问边列表、已访问边列表和个体走过的路径长度； 2)初始化：令时间t=0，循环次数N=0，设置最大循环次数Nmax；初始化τij(t)、Δτij；设定参数α、β、ρ；顶点数为m；其中ρ表示信息素挥发率，τij(t)表示t时刻路径(i, j)上信息素存积量，Δτij表示经过时间△t路径(i, j)上信息素的增量，参数α和β分别表示τij(t)和路径(i, j)上的能见度ηij(t)对整个转移概率的影响权值； 3)循环次数N←N+1； 4)个体数目k←k+1； 5)根据转移概率式 计算的概率，选择顶点j并前进，j∈alowedk；alowedk表示个体k在顶点i处的可行邻域，即未访问边列表中边的端点； 6)若k＜m，则跳转至步骤4)，否则转至步骤7)； 7)根据式①和式②更新每条路径上的信息量； τij(t+Δt)＝ρτij(t)+Δτij ① ② 8)若N≥Nmax，循环停止，输出计算结果TOBJECT，否则更新个体信息并跳转至步骤3)； 9)计算六自由度水果采摘机器人末端实际运动路径，六自由度水果采摘机器人末端实际空间路径计算公式为：。 【当前权利人】江苏科技大学 【当前专利权人地址】江苏省镇江市梦溪路2号 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】12320000466007159D 【家族引证次数】3.0 【家族被引证次数】5

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