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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明提出一种采摘机械臂抓取运动规划方法。本发明通过对机械臂的工作空间进行划分，定义预采摘平面把整个采摘规划过程分为离线规划和在线规划两个部分，离线规划部分基于强化学习算法PPO算法进行训练。首先基于广视角进行初识别获取果实的位置，根据果实的位置投影到预采摘平面，得到果实预采摘点的位置，通过强化学习输出到达每个预采摘点的轨迹。然后我们对离线规划部分和在线规划部分进行建模，建模成旅行商问题，规划最优采摘顺序。最后机械臂按照规划的采摘顺序依次到达预采摘点以近视角识别果实果梗完成采摘。机械臂采用离线规划和规划采摘顺序能够显著提高采摘机器人的成功率和采摘效率。

主权项：1.一种采摘机械臂抓取运动规划方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，广视角下采用双目相机一对采摘环境进行感知，对果实进行初识别，识别出果实的个数和相机坐标系下每个果实的三维坐标，得到初始采摘点；步骤2，机械臂与目标果实之间定义预采摘平面，将步骤1得到的初始采摘点投影到预采摘平面，得到预采摘点；所述预采摘平面的设定方法具体为：机械臂的工作空间是半径为Rcm的球体，预采摘平面到果实的位置为10～15cm，预采摘平面到机械臂基坐标系的距离为R-15,R-10，预采摘平面长为Rcm，宽为0.75Rcm；步骤3，根据离线规划得到机械臂从起始位置到每一个预采摘点的轨迹；结合离线规划的轨迹和在线规划对当前视角下要采摘的果实进行建模，构建能量成本函数，以机械臂的关节角度变化之和最小作为优化指标；建模成旅行商问题进行求解，规划机械臂依次到达预采摘点的最优采摘顺序；机械臂先到达规划采摘顺序后的一个预采摘点，然后近视角下通过双目相机二进行二次识别得到对应的目标采摘点，再通过在线规划进行采摘，采摘完成后回到预采摘点，然后根据规划的采摘顺序到达下一个预采摘点；所述离线规划为采用PPO算法进行训练，输出到达每个预采摘点的轨迹；当前视角下在线规划过程能量成本函数看做是一个常数；所述的二次识别方法为，到达预采摘点后近视角下采用双目相机二进行果实的果梗识别，首先使用yolov识别果实，获取果梗的感兴趣区域；针对所述的感兴趣区域使用轻量型实例分割网络yolact，获取果实果梗的位置，得到目标采摘点；所述在线规划具体为采用ROS机器人操作系统中的moveit框架控制机械臂进行采摘，在线规划过程中采用双向RRT进行机械臂的路径规划，采用仿生优化BioIK算法进行机械臂的逆解求取；所述在线规划机械臂采摘过程包括机械臂末端执行器剪切果梗的过程；机械臂末端安装有剪夹一体化末端执行器，在夹取果梗的同时，剪切果梗，末端执行器下方安装有圆筒收集装置，夹爪松开的瞬间，果实会掉落到圆筒收集装置中去，因此机械臂不需要回到放置果实，采摘过程中果实会通过末端执行器进行收集；步骤4，机械臂重复步骤3，直到步骤2预采摘平面内所有预采摘点遍历后，回到机械臂的初始位置。

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