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专利号: 2020105068773
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 农业;林业;畜牧业;狩猎;诱捕;捕鱼
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种授粉机器人的机械臂的位姿计算方法,其特征在于,所述授粉机器人包括:第一至第六轴机械臂,所述第一至第六轴机械臂依次绞接,且第二轴机械臂、第三轴机械臂、第四轴机械臂和第六轴机械臂起调节作用,所述第六轴机械臂包括:可伸缩的第一连杆和第二连杆,所述第一连杆包括:滑移导轨,所述滑移导轨通过连接装置与第五轴机械臂连接;

齿条,所述齿条与所述滑移导轨滑动结合;齿轮,所述齿轮与所述齿条啮合;固定块,所述固定块设置在所述滑移导轨上,所述固定块用以将所述齿条固定在所述滑移导轨上,所述第二连杆包括:矢量喷管,所述矢量喷管设置在所述齿条的末端,所述矢量喷管包括与其同心设置的可伸缩软管;

所述方法包括以下步骤:

确定待授粉花蕊在世界坐标系的坐标,并根据所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标确定授粉平面;

根据所述授粉平面和授粉半径确定授粉空间;

获取所述第四轴机械臂的运动空间与授粉空间的相交的部分,以获取所述第四轴机械臂的可行空间;

根据所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标、所述第四轴机械臂的可行空间、所述第四轴机械臂的运动空间获取所述机械臂的位姿;

其中,根据所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标确定授粉平面,包括:

在所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标(xk,yk,zk)中以 向量加 向量形成的新坐标轴 其中 和 形成所述授粉平面;

根据所述授粉平面和授粉半径确定授粉空间,包括:

以所述待授粉花蕊为圆心,花瓣为方向向量,以所述授粉半径L所形成的圆锥体确定所述授粉空间,其中,根据以下公式获取所述授粉半径L:其中,l4为第四轴机械臂的长度,b1为所述第一连杆的长度,b2为所述第二连杆的长度,q6为所述矢量喷管弯曲的角度;

根据待授粉目标点坐标、所述第四轴机械臂的可行空间、所述第四轴机械臂的运动空间获取所述机械臂的位姿,包括:根据所述第四轴机械臂的可行空间获取第四轴机械臂的可行点;

根据待授粉目标点坐标、所述第四轴机械臂的可行点、所述第四轴机械臂的运动空间获取第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、可伸缩软管与xp轴的夹角e3;

根据所述第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、所述可伸缩软管与xp轴的夹角e3,获取第二轴机械臂与水平面的夹角q2、第三轴机械臂的旋转角度q3、第四轴机械臂的旋转角度q4和第六轴机械臂中所述矢量喷管的弯曲角度q6;

根据待授粉目标点坐标、所述第四轴机械臂的可行点、所述第四轴机械臂的运动空间获取第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、可伸缩软管与xp轴的夹角e3,包括:如果所述第四轴机械臂的可行空间中不存在障碍物,则根据以下公式获取所述第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、所述可伸缩软管与xp轴的夹角e3:其中,(xk,zk)为所述待授粉花蕊在xp‑z0平面的坐标,(x4,z4)为所述第四轴机械臂的可行点,l4为所述第四轴机械臂的长度,b1为所述第一连杆的长度,b2为所述第二连杆的长度,αmin为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最小值,αmax为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最大值,γmax为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最大值,γmin为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最小值,e2为第四轴机械臂和xp轴的夹角,e3为所述可伸缩软管与xp轴的夹角,βmin为第三轴机械臂连杆与垂直于第二轴机械臂连杆的夹角的最小值,βmax为第三轴机械臂连杆与垂直于第二轴机械臂连杆的夹角的最大值。

2.根据权利要求1所述的授粉机器人的机械臂的位姿计算方法,其特征在于,根据待授粉目标点坐标、所述第四轴机械臂的可行点、所述第四轴机械臂的运动空间获取第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、可伸缩软管与xp轴的夹角e3,包括:如果所述第四轴机械臂的可行空间中存在障碍物,则获取所述第四轴机械臂与障碍物边界两端在授粉平面的相对于xp轴的第一夹角θ1和第二夹角θ2;

根据以下公式获取所述第三轴机械臂和水平面的夹角e1、第四轴机械臂和xp轴的夹角e2:

其中,(xk,zk)为所述待授粉花蕊在xp‑z0平面的坐标,(x4,z4)为所述第四轴机械臂的可行点,l4为所述第四轴机械臂的长度,b1为所述第一连杆的长度,b2为所述第二连杆的长度,αmin为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最小值,αmax为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最大值,γmax为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最大值,γmin为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最小值,e2为第四轴机械臂和xp轴的夹角,e3为所述可伸缩软管与xp轴的夹角,θ1为所述第四轴机械臂与障碍物边界一端在授粉平面的相对于xp轴的第一夹角;θ2所述第四轴机械臂与障碍物边界另一端在授粉平面的相对于xp轴的第二夹角。

3.一种授粉机器人的机械臂的位姿计算装置,其特征在于,所述授粉机器人包括:第一至第六轴机械臂,所述第一至第六轴机械臂依次绞接,且第二轴机械臂、第三轴机械臂、第四轴机械臂和第六轴机械臂起调节作用,所述第六轴机械臂包括:可伸缩的第一连杆和第二连杆,所述第一连杆包括:滑移导轨,所述滑移导轨通过连接装置与第五轴机械臂连接;

齿条,所述齿条与所述滑移导轨滑动结合;齿轮,所述齿轮与所述齿条啮合;固定块,所述固定块设置在所述滑移导轨上,所述固定块用以将所述齿条固定在所述滑移导轨上,所述第二连杆包括:矢量喷管,所述矢量喷管设置在所述齿条的末端,所述矢量喷管包括与其同心设置的可伸缩软管;

所述位姿计算装置包括:

第一确定模块,所述第一确定模块用于确定待授粉花蕊在世界坐标系的坐标,并根据所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标确定授粉平面;

第二确定模块,所述第二确定模块用于根据所述授粉平面和授粉半径确定授粉空间;

第一获取模块,所述第一获取模块用于获取所述第四轴机械臂的运动空间与授粉空间的相交的部分,以获取所述第四轴机械臂的可行空间;

第二获取模块,所述第二获取模块用于根据所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标、所述第四轴机械臂的可行空间、所述第四轴机械臂的运动空间获取所述机械臂的位姿;其中,所述第一确定模块具体用于:在所述待授粉花蕊在世界坐标系的坐标(xk,yk,zk)中以 向量加 向量形成的新坐标轴 其中 和 形成所述授粉平面;

第二确定模块具体用于:以所述待授粉花蕊为圆心,花瓣为方向向量,以所述授粉半径L所形成的圆锥体确定所述授粉空间,其中,根据以下公式获取所述授粉半径L:其中,l4为第四轴机械臂的长度,b1为所述第一连杆的长度,b2为所述第二连杆的长度,q6为所述矢量喷管弯曲的角度;

所述第二获取模块具体用于:

根据所述第四轴机械臂的可行空间获取第四轴机械臂的可行点;

根据待授粉目标点坐标、所述第四轴机械臂的可行点、所述第四轴机械臂的运动空间获取第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、可伸缩软管与xp轴的夹角e3;

根据所述四轴机械臂和xp轴的夹角e2、所述可伸缩软管与xp轴的夹角e3,获取第二轴机械臂与水平面的夹角q2、第三轴机械臂的旋转角度q3、第四轴机械臂的旋转角度q4和第六轴机械臂中所述矢量喷管的弯曲角度q6;

所述第二获取模块进一步用于:

如果所述第四轴机械臂的可行空间中不存在障碍物,则根据以下公式获取所述第四轴机械臂和xp轴的夹角e2、所述可伸缩软管与xp轴的夹角e3:其中,(xk,zk)为所述待授粉花蕊在xp‑z0平面的坐标,(x4,z4)为所述第四轴机械臂的可行点,l4为所述第四轴机械臂的长度,b1为所述第一连杆的长度,b2为所述第二连杆的长度,αmin为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最小值,αmax为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最大值,γmax为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最大值,γmin为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最小值,e2为第四轴机械臂和xp轴的夹角,e3为所述可伸缩软管与xp轴的夹角,βmin为第三轴机械臂连杆与垂直于第二轴机械臂连杆的夹角的最小值,βmax为第三轴机械臂连杆与垂直于第二轴机械臂连杆的夹角的最大值。

4.根据权利要求3所述的授粉机器人的机械臂的位姿计算装置,其特征在于,所述第二获取模块进一步用于:如果所述第四轴机械臂的可行空间中存在障碍物,则获取所述第四轴机械臂与障碍物边界两端在授粉平面的相对于xp轴的第一夹角θ1和第二夹角θ2;

根据以下公式获取所述第三轴机械臂和水平面的夹角e1、第四轴机械臂和xp轴的夹角e2:

其中,(xk,zk)为所述待授粉花蕊在xp‑z0平面的坐标,(x4,z4)为所述第四轴机械臂的可行点,l4为所述第四轴机械臂的长度,b1为所述第一连杆的长度,b2为所述第二连杆的长度,αmin为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最小值,αmax为所述第二轴机械臂与水平面的夹角的最大值,γmax为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最大值,γmin为第四轴机械臂与垂直于第三轴机械臂的夹角的最小值,e2为第四轴机械臂和xp轴的夹角,e3为可伸缩软管与xp轴的夹角,θ1为所述第四轴机械臂与障碍物边界一端在授粉平面的相对于xp轴的第一夹角;θ2所述第四轴机械臂与障碍物边界另一端在授粉平面的相对于xp轴的第二夹角。

5.一种授粉机器人,其特征在于,包括根据权利要求3或4所述的授粉机器人的机械臂的位姿计算装置。