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专利号: 2024113287111
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多传感器融合的辣椒采摘机器人控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:通过视觉传感器、激光雷达和惯性测量单元实时采集辣椒果实的位置信息,并将采集的辣椒果实的位置信息传输至中央控制系统进行存储和处理;

对传输至中央控制系统的辣椒果实的位置信息进行分析,预测果实在采摘过程中出现的位置变化;

在预测出果实位置变化大的情况下,对传输至中央控制系统的果实位置信息进行分析,生成路径补偿参数;

基于生成的路径补偿参数,动态调整机械臂的路径规划和抓取动作,实时修正机械臂的运动轨迹;

根据调整后的路径规划,实时控制机械臂的运动轨迹和抓取动作,执行果实采摘;

在预测出果实位置变化大的情况下,对传输至中央控制系统的果实位置信息进行分析,生成路径补偿参数,具体包括以下步骤:提取传输至中央控制系统的果实的三维位置坐标和时间间隔数据,包括果实在不同时间点的三维位置坐标和相邻时间点之间的时间间隔;

将提取的果实的三维位置坐标和时间间隔数据进行预处理;

对经过预处理的果实的三维位置坐标和时间间隔数据进行分析,分别生成果实的摆动幅度系数和摆动频率指数;

将生成的摆动幅度系数和摆动频率指数构建路径补偿模型,通过加权求和生成路径补偿参数;

所述摆动幅度系数和摆动频率指数的获取逻辑如下:

提取经过预处理的果实的三维位置坐标和时间间隔数据,包括果实在一段时间内不同时刻的三维位置坐标、时间间隔和对应的时间点,并将果实在一段时间内不同时刻的三维位置坐标按照时间序列用函数 、 和 进行表示,将时间间隔也按照时间序列用函数 进行表示,为时间点,定义时间段为 ;

计算果实在时间段 内时刻的摆动幅度,具体的计算公式如下:式中, 为果实在时间段 内时刻的摆动幅度;

计算摆动幅度系数,具体的计算公式如下:

式中, 为摆动幅度系数;

计算果实在时间段 内时刻的摆动频率,具体的计算公式如下:式中, 为果实在时间段 内时刻的摆动频率;

计算摆动频率指数,具体的计算公式如下:

式中, 为摆动频率指数。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的辣椒采摘机器人控制方法,其特征在于,对传输至中央控制系统的辣椒果实的位置信息进行分析,预测果实在采摘过程中出现的位置变化,具体包括以下步骤:提取传输至中央控制系统的辣椒果实的位置信息,包括果实的三维位置坐标、运动速度及运动方向数据;

将提取的果实的三维位置坐标、运动速度及运动方向数据进行预处理;

对经过预处理的果实的三维位置坐标、运动速度和运动方向数据进行分析,分别生成果实的位置漂移系数和加速度变化指数;

将生成的位置漂移系数和加速度变化指数构建位置变化预测模型,生成预测位置变化系数,并将生成的预测位置变化系数与预先设定的预测位置变化系数阈值进行比对,预测果实在采摘过程中出现的位置变化。

3.根据权利要求2所述的一种基于多传感器融合的辣椒采摘机器人控制方法,其特征在于,所述位置漂移系数和加速度变化指数的获取逻辑如下:提取经过预处理的果实的三维位置坐标,包括果实在一段时间内不同时刻的三维位置坐标,将果实在一段时间内不同时刻的三维位置坐标分别标定为 、 和 ,表示果实在一段时间内不同时刻的三维位置坐标的编号, ,为正整数;

计算每个时间段内果实的位移量,具体的计算公式如下:式中, 为果实在时间点和 之间的位移量;

计算位置漂移系数,具体的计算公式如下:

式中, 为位置漂移系数;

提取经过预处理的果实的运动速度,包括果实在一段时间内不同时刻的实际速度和相邻两个时刻的时间间隔,将果实在一段时间内不同时刻的实际速度和相邻两个时刻的时间间隔分别标定为 和 ,表示果实在一段时间内不同时刻的实际速度和相邻两个时刻的时间间隔的编号, ,为正整数;

计算果实在相邻两个时刻的加速度变化量,具体的计算公式如下:式中, 为果实在时刻和 时刻之间的加速度变化量, 和 分别为果实在时刻和 时刻的实际速度, 为时刻和 时刻之间的时间间隔;

计算加速度变化指数,具体的计算公式如下:

式中, 为加速度变化指数。

4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器融合的辣椒采摘机器人控制方法,其特征在于,将生成的位置漂移系数 和加速度变化指数 构建位置变化预测模型,通过加权求和生成预测位置变化系数 ,并将生成的预测位置变化系数 与预先设定的预测位置变化系数阈值 进行比对,预测果实在采摘过程中出现的位置变化,具体比对分析如下:若 ,果实在采摘过程中出现的位置变化小;

若 ,果实在采摘过程中出现的位置变化大。

5.根据权利要求4所述的一种基于多传感器融合的辣椒采摘机器人控制方法,其特征在于,基于生成的路径补偿参数,动态调整机械臂的路径规划和抓取动作,实时修正机械臂的运动轨迹,具体包括以下步骤:获取生成的路径补偿参数后,计算机械臂路径点的修正量,将修正量与初始路径点坐标相加,得到新的路径点;

根据新的路径点,实时更新机械臂的运动轨迹,并在每个路径点处根据路径补偿参数的变化,调整机械臂的移动方向和速度;

在执行抓取动作时,逐点调整机械臂的位置和姿态,以每个路径点作为控制节点,在每个节点处调整机械臂的角度和抓取位置。