專利名稱：一種缽苗移栽機器人取苗植苗路徑規劃的制作方法
技術領域：
本發明屬于設施農業裝備領域，具體涉及一種穴盤缽苗移栽機器人取苗爪取苗植苗運動過程中的路徑規劃及運動規律設計方法。
背景技術：
與常規育苗方式相比，穴盤育苗具有省工、省力、節約資源、便于管理以及保護農業生態環境等優點，現已成為國內外最主要的育苗手段，廣泛應用于煙草、樹木、蔬菜、花卉作物的生產。育苗過程中，為使作物獲得足夠的生長空間，需將缽苗從高密度盤移栽至低密度盤或花盆。由于人工移栽具有勞動強度大、作業效率低、生產成本高、移栽質量難以保證等缺點，自20世紀80年代開始，國內外便致力于對穴盤缽苗移栽機器人的研制。1995年，日本研制了 PT6000型移栽機器人，其通過插入式拔苗器將穴盤苗抓起， 然后在機械手的帶動下移至空的盆狀容器所在位置，接著拔苗器放下缽苗，完成移植；2001年，韓國K. H. Ryu等人借助笛卡爾坐標系開發了一種育苗移栽機器人，其機械手由步進電機、氣缸、氣動卡盤和夾取值組成，可通過氣動卡盤的開合來實現對缽苗的抓取、保持和釋放；2002年韓國W. C. Choi又研制出由軌跡發生器、抓取指針和指針驅動器組成的取苗裝置。專利“一種穴盤苗移栽機”(申請號200910187621. 4)公開了一種可完成不同規格蔬菜和花卉穴盤苗從高密度穴盤向低密度穴盤或容器主動移栽的移栽機；專利“氣動夾爪式取苗機械手”(申請號為201120239257. 4)公開了一種可一次夾取多株缽苗的氣動夾苗取苗裝置；專利“一種溫室秧苗移栽機”(申請號為201120382235. 3)公開了一種機械手數量可調且帶有卸苗吹嘴的溫室秧苗移栽機。在設施農業生產中，穴盤缽苗移栽機器人移栽路徑規劃具有重要意義。缽苗移栽運動過程中，不僅要求取苗爪能準確到達目標點，而且必須沿著要求的軌跡在一定的精度范圍內快速移動，同時為保證運動的平穩性，防止缽土因震受損，還必須滿足一定的速度和加速度要求。然而，國內外雖已針對穴盤缽苗移栽做出了大量研究，先后研制出了各種可實現移栽作業的缽苗移栽機器人，但都未從運動的平穩性、快速性出發對移栽機器人取苗爪的路徑規劃和運動規律設計提出要求，也未見相關研究報道。為了實現穴盤缽苗移栽機器人準確定位抓取、快速移動栽植的作業要求，本發明提供一種缽苗移栽機器人取苗植苗路徑規劃方法，在保證取苗爪運行平穩的前提下，提高移栽效率。
發明內容
本發明的目的在于為穴盤缽苗移栽機器人取苗爪規劃出一條可實現取苗、送苗、植苗、返回整個移栽過程的運動路徑，并對其運動規律進行設計，在保證穴盤缽苗移栽機器人準確定位抓取、快速移動栽植作業要求的前提下，提高移栽效率和運行平穩性。為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下
缽苗移栽機器人完成取苗、植苗動作所走過的路徑規劃為直線上升、直線平移和直線下降的三段運動模式，即取苗爪在待取缽苗上方直線下降取苗，取苗后快速直線上升，上升到超過苗的高度后平移送苗、移苗至植苗位置，再快速直線下降植苗，完成植苗后原路返回。每段直線運動軌跡的起點和終點處的速度和加速度均為零。每個運行階段的運動規律都設定為“停止、加速、減速、停止”四個步驟。每段直線運動軌跡的位移運動規律關于時間的一階和二階導數都是連續的。每段直線運動軌跡的控制函數為5次多項式。
權利要求
1.一種缽苗移栽機器人取苗植苗路徑規劃，其特征在于缽苗移栽機器人完成取苗、植苗動作所走過的路徑規劃為直線上升、直線平移和直線下降的三段運動模式，即取苗爪在待取缽苗上方直線下降取苗，取苗后快速直線上升，上升到超過苗的高度后平移送苗、移苗至植苗位置，再快速直線下降植苗，完成植苗后原路返回。
2.根據權利要求I所述的取苗植苗路徑，其特征在于取苗爪在每段直線運動軌跡的起點和終點處的速度和加速度均為零。
3.根據權利要求I所述的取苗植苗路徑，其特征在于對于每段直線運動軌跡，移栽機器人取苗爪的運動規律都設定為“停止、加速、減速、停止”四個步驟。
4.根據權利要求3所述的運動規律，其特征在于每段直線運動軌跡的位移運動規律關于時間的一階和二階導數都是連續的。
5.根據權利要求2、3、4所述的直線運動軌跡及運動規律，其特征在于每段直線運動軌跡的控制函數為5次多項式。
全文摘要
本發明對缽苗移栽機器人取苗爪取苗植苗過程的路徑和運動規律進行了規劃設計，以實現準確定位抓取、高速移動栽植的移栽作業要求。取苗爪的工作模式設定為“定位抓取、直線上升、直線平移、直線下降、定位移植”五個步驟；對于移栽過程中所要經過的“上升、平移、下降”三個運行階段都采用直線運動；每段直線運動軌跡的運動規律都設定為“停止、加速、減速、停止”四個步驟，軌跡控制函數采用5次多項式。在保證取苗爪運行平穩的前提下，提高了移栽效率。
文檔編號A01C11/02GK102939815SQ20121038434
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者胡建平, 綦春暉, 嚴宵月, 關靜 申請人:江蘇大學