一种可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法与流程

技术特征：
1.一种可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将采摘场景下的障碍物简化为球体和圆柱体，将机械臂连杆简化为线段，将避障问题简化为求解线段与球体或者圆柱体是否相交的问题；s2、处理球体的障碍物导致的避障问题；s3、处理圆柱体的障碍物导致的避障问题。2.根据权利要求1所述的可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法，其特征在于，所述步骤s1中所述球体代表果实，所述圆柱体代表树枝。3.根据权利要求1所述的可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法，其特征在于，所述步骤s2中处理球体障碍物导致的避障问题的具体处理过程为：s21、对球状果实进行避障时，采用穷举法讨论出线段在球体外时，只有两种情况下与球体不相交，一种是球心到线段的距离大于球体半径，另一种是球心到线段的距离小于等于球体半径，但球心与线段两端点形成的两夹角中有一个角不是锐角，因此对线段与球体不相交关系的求解主要包括角度和长度的求解；s22、角度求解是通过三点形成的两个向量之间的点乘公式求得，如式(ⅰ)所示；s23、在长度求解中，一个是线段端点与球心的距离，可以直接通过线段端点与球心所构成的向量的2
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范数求得，另一个则是球体c与线段ab之间的距离则可以通过式(ⅱ)求得。4.根据权利要求2所述的可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法，其特征在于，所述步骤s3中处理圆柱体障碍物导致的避障问题的具体处理过程为：s31、对圆柱体树枝进行避障时，讨论得出仅在线段与圆柱体中轴线的距离大于圆柱体半径时，两者不相交；s32、线段所在直线l1和圆柱体轴线l2可以用式(ⅲ)表示：其中，p(λ1)和q(λ2)表示线段p1p2和圆柱体轴线段q1q2上的任意一点，且令s33、距离求解时通过式(ⅳ)求得：其中，minf(λ1,λ2)为直线l1和l2上距离最近的两个点之间的距离。5.根据权利要求3所述的可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法，其特征在于，所述步骤s33中式(ⅳ)的最小值需要因此式(ⅳ)可以简化得到式(
ⅴ
)。
6.一种利用权利要求1～5任一所述可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法在机械臂采摘设备中的应用。

技术总结
本发明属于工业机器人运动规划领域，公开了一种可碰撞检测机械臂采摘场景下的避障问题处理方法。本发明将碰撞检测时机械臂连杆与障碍物位置关系的三维空间问题转化为线段与球体和圆柱体的计算问题。将果实用球体表示，树枝用圆柱体表示，机械臂连杆用线段表示，进而将避障问题简化为求解线段与球体或者圆柱体不相交情况下解的情况。本发明不涉及复杂的数学计算，只是进行随机点产生，所有的计算仍停留在三维空间中，大大降低了计算的复杂度，适合应用于机械臂采摘设备。适合应用于机械臂采摘设备。


技术研发人员：马宏宾 杨杰
受保护的技术使用者：南京智凝人工智能研究院有限公司
技术研发日：2021.10.26
技术公布日：2022/1/4