基于ROS的猕猴桃采摘机械臂运动规划研究.pdf
目录
摘要I
ABSTRACTIII
1绪论1
1.1课题研究背景和意义1
1.2国内外研究现状2
1.2.1智能采摘机械臂2
1.2.2采摘机械臂的路径规划算法6
1.2.3机器人仿真系统9
1.3论文主要内容11
1.4本章小结12
2采摘机械臂运动学分析与控制系统软件架构13
2.1运动学基础13
2.1.1空间位姿描述与坐标变换13
2.1.2连杆参数与连杆坐标系的建立17
2.2机械臂运动学分析20
2.2.1机械臂D-H参数建立20
2.2.2机械臂正运动学分析20
2.2.3机械臂逆运动学分析23
2.3ROS控制软件系统架构28
2.3.1ROS基本组成28
2.3.2MoveIt！系统架构28
2.3.3RViz三维可视化29
2.4本章小结29
3采摘机械臂轨迹规划研究31
3.1采摘机械臂URDF模型与MoveIt！配置31
3.1.1采摘机械臂URDF建模31
3.1.2MoveIt!配置采摘机械臂32
3.2关节空间轨迹规划34
3.2.1基于多项式插值的采摘机械臂轨迹规划研究34
3.2.2基于样条曲线的采摘机械臂轨迹规划研究37
3.2.3基于改进样条曲线的采摘机械臂轨迹规划研究41
3.3笛卡尔空间轨迹规划43
3.3.1直线插补轨迹规划43
3.3.2圆弧插补轨迹规划44
3.4基于ROS的轨迹规划仿真47
3.5本章小结50
4采摘机械臂避障规划研究51
4.1避障规划问题定义51
4.2改进RRT算法51
4.2.1RRT算法51
4.2.2基于快速目标偏置采样的改进RRT算法研究53
4.3MATLAB仿真验证57
4.4基于ROS的采摘机械臂避障运动规划仿真58
4.5本章小结60
5采摘机械臂避障规划实验62
5.1实验平台搭建62
5.2基于ROS的猕猴桃采摘机械臂避障实验及分析63
5.3本章小结65
6总结与展望66
6.1总结66
6.2展望66
参考文献68
致谢73
攻读硕士期间主要研究科研74
贵州师范大学学位论文原创性声明75
摘要
我国是世界上猕猴桃种植规模最大的国家，猕猴桃采摘作业具
有采收周期短、劳动强度大等特点。当前基于人工采摘的方式效率
低下、易受天气影响。因此，采摘作业机械化已成为猕猴桃种植产
业发展的迫切需求，但尚无商业化的采摘装备推出，其难点之一在
于缺乏有效的运动规划和避障算法使采摘机械臂平稳地对具备簇生
特点的猕猴桃进行无损采摘。鉴于此，本文利用ROS机器人操作系
统对猕猴桃采摘机械臂进行运动控制研究。论文的主要研究内容如
下：
（1）研究了采摘机械臂正逆运动学建模并搭建了基于ROS的
仿真平台。首先分析了空间运动部件的位姿描述，结合改进D-H参
数法建立了采摘机械臂的正向运动学模型；在此基础上根据采摘机
械臂的结构特点推导并建立了其运动学逆解计算公式；进一步，通
过MATLAB机器人工具箱验证了所建正逆运动学模型的准确性。其
次利用SolidWorks建立了采摘机