[发明专利]基于牛顿迭代法的香蕉采摘机器人逆运动学计算方法

权利要求书

1.基于牛顿迭代法的香蕉采摘机器人逆运动学计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据采摘机器人的机械结构建立采摘执行器中香蕉果柄夹持件的位置和姿态与各自由度的正运动学模型；

基于牛顿迭代算法根据香蕉果柄夹持件的目标位置和姿态求得满足设定精度的逆运动学解；

所述根据采摘机器人的机械结构建立采摘执行器中香蕉果柄夹持件的位置和姿态与各自由度的正运动学模型；具体包括：

根据采摘机器人的4个自由度对果柄夹持件的位置和姿态进行定位；

确定香蕉果柄夹持件的位置、姿态与各自由度变量的函数关系式；

所述根据采摘机器人的4个自由度对果柄夹持件的位置和姿态进行定位；具体包括：

采摘机器人设置底座转动自由度θ、水平滑块沿导轨的水平运动自由度x、垂直滑块沿导轨的垂直运动自由度z和末端转动自由度四个自由度；

通过控制采摘机器人4个自由度的运动调节采摘执行器中香蕉果柄夹持件的位置和姿态，使其定位到香蕉串果柄切割处以便完成采摘作业；其中，对香蕉果柄夹持件的位置和姿态进行精确控制，建立4个自由度变量描述香蕉果柄夹持件位置和姿态的采摘机器人正运动学模型；

短主臂与水平方向夹角为α，副臂与水平方向夹角为β，末端转动杆与香蕉果柄夹持件的夹角为γ；在水平运动方向和垂直运动方向的交点处建立局部坐标系o-xyz，并随底座一起转动；而在底座转动中心建立基坐标系O-XYZ；其中，局部坐标系o-xyz在基坐标系O-XYZ中的位置向量p为：

p＝[p_x,p_y,p_z]＝[-364,0,657]；

考虑到采摘机器人的连杆机构和局部坐标系o-xyz随底座一起转动，故水平运动自由度和垂直运动自由度只在xoz平面内调整连杆机构的位置，因此，先在xoz平面内建立末端转动中心M的位置与水平位移x、垂直位移z的函数关系；根据采摘机器人各连杆之间的几何关系，可得节点A、C、M的位置表达式为：

式(3)中，

联立式(1)～(3)可得末端转动中心M的位置表达式为：

其中，l₁为连杆AB的长度；l₂为平行连杆BD和CE的长度；l₃为连杆BC的长度；l₄为平行连杆EF和JK的长度；l₅为连杆FL的长度；l₆为连杆NH的长度；l₇为连杆MN的长度；l₈为平行连杆EJ和FK的长度；l₉为连杆IJ的长度；l₁₁为连杆EI的长度；l₁₀为节点F与节点M之间的水平距离；h为节点K到连杆LM的垂直距离。

2.根据权利要求1所述的基于牛顿迭代法的香蕉采摘机器人逆运动学计算方法，其特征在于，所述采摘机器人包括履带、移动平台、水平滑块、垂直滑块、长主臂、短主臂、副臂、三角构件和采摘执行器，所述履带上设置移动平台，所述移动平台的上端和侧边分别设置用于安装水平滑块和垂直滑块的滑轨，所述水平滑块上设置短主臂，垂直滑块上设置长主臂，所述长主臂和短主臂的端部设置三角构件，所述三角构件与副臂连接，所述副臂的端部设置采摘执行器。

3.根据权利要求2所述的基于牛顿迭代法的香蕉采摘机器人逆运动学计算方法，其特征在于，所述采摘执行器包括末端转动杆、香蕉果柄夹持件和香蕉果柄切割件，所述末端转动杆与副臂的端部转动连接，所述末端转动杆与香蕉果柄夹持件连接，所述香蕉果柄夹持件上设置香蕉果柄切割件。