[发明专利]一种钵苗移栽机器人取苗植苗路径规划

说明书

技术领域

本发明属于设施农业装备领域，具体涉及一种穴盘钵苗移栽机器人取苗爪取苗植苗运动过程中的路径规划及运动规律设计方法。

背景技术

与常规育苗方式相比，穴盘育苗具有省工、省力、节约资源、便于管理以及保护农业生态环境等优点，现已成为国内外最主要的育苗手段，广泛应用于烟草、树木、蔬菜、花卉作物的生产。育苗过程中，为使作物获得足够的生长空间，需将钵苗从高密度盘移栽至低密度盘或花盆。由于人工移栽具有劳动强度大、作业效率低、生产成本高、移栽质量难以保证等缺点，自20世纪80年代开始，国内外便致力于对穴盘钵苗移栽机器人的研制。

1995年，日本研制了PT6000型移栽机器人，其通过插入式拔苗器将穴盘苗抓起，然后在机械手的带动下移至空的盆状容器所在位置，接着拔苗器放下钵苗，完成移植；2001年，韩国K.H.Ryu等人借助笛卡尔坐标系开发了一种育苗移栽机器人，其机械手由步进电机、气缸、气动卡盘和夹取值组成，可通过气动卡盘的开合来实现对钵苗的抓取、保持和释放；2002年韩国W.C.Choi又研制出由轨迹发生器、抓取指针和指针驱动器组成的取苗装置。

专利“一种穴盘苗移栽机”（申请号200910187621.4）公开了一种可完成不同规格蔬菜和花卉穴盘苗从高密度穴盘向低密度穴盘或容器主动移栽的移栽机；专利“气动夹爪式取苗机械手”（申请号为201120239257.4）公开了一种可一次夹取多株钵苗的气动夹苗取苗装置；专利“一种温室秧苗移栽机”（申请号为201120382235.3）公开了一种机械手数量可调且带有卸苗吹嘴的温室秧苗移栽机。

在设施农业生产中，穴盘钵苗移栽机器人移栽路径规划具有重要意义。钵苗移栽运动过程中，不仅要求取苗爪能准确到达目标点，而且必须沿着要求的轨迹在一定的精度范围内快速移动，同时为保证运动的平稳性，防止钵土因震受损，还必须满足一定的速度和加速度要求。然而，国内外虽已针对穴盘钵苗移栽做出了大量研究，先后研制出了各种可实现移栽作业的钵苗移栽机器人，但都未从运动的平稳性、快速性出发对移栽机器人取苗爪的路径规划和运动规律设计提出要求，也未见相关研究报道。

为了实现穴盘钵苗移栽机器人准确定位抓取、快速移动栽植的作业要求，本发明提供一种钵苗移栽机器人取苗植苗路径规划方法，在保证取苗爪运行平稳的前提下，提高移栽效率。

发明内容

本发明的目的在于为穴盘钵苗移栽机器人取苗爪规划出一条可实现取苗、送苗、植苗、返回整个移栽过程的运动路径，并对其运动规律进行设计，在保证穴盘钵苗移栽机器人准确定位抓取、快速移动栽植作业要求的前提下，提高移栽效率和运行平稳性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

钵苗移栽机器人完成取苗、植苗动作所走过的路径规划为直线上升、直线平移和直线下降的三段运动模式，即取苗爪在待取钵苗上方直线下降取苗，取苗后快速直线上升，上升到超过苗的高度后平移送苗、移苗至植苗位置，再快速直线下降植苗，完成植苗后原路返回。

每段直线运动轨迹的起点和终点处的速度和加速度均为零。

每个运行阶段的运动规律都设定为“停止、加速、减速、停止”四个步骤。

每段直线运动轨迹的位移运动规律关于时间的一阶和二阶导数都是连续的。

每段直线运动轨迹的控制函数为5次多项式。

由已知边界条件t0=0,a=0,v=0,s=0t1=T,a=0,v=0,s=S,]]>得其运动规律为：