基于改进粒子群算法的油茶花粉采摘机械臂轨迹规划

李骏; 赵青; 李立君; 吴泽超; 郭鑫; 范子彦; 龚宏彬

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.02.011

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于改进粒子群算法的油茶花粉采摘机械臂轨迹规划

设计计算 | 更新时间：2023-02-25

- 基于改进粒子群算法的油茶花粉采摘机械臂轨迹规划
- Trajectory Planning of Camellia Oleifera Pollen Picking Manipulators Based on an Improved Particle Swarm Optimization Algorithm
- 机械传动 2023年47卷第2期页码：86-92
- 作者机构：
  
  中南林业科技大学机电工程学院，湖南长沙 410004
- 作者简介：
  
  李骏（1997— ），男，湖南益阳人，硕士；研究方向为工程机械、智能农林装备制造；2356125081@qq.com。
  赵青（1983— ），女，河北石家庄人，硕士，讲师；研究方向为工程机械、智能农林装备制造；zhaoqing68222@163.com。
- 基金信息：
  
  湖南省教育厅科学研究项目(19B596┫湖南省农业农村厅项目┣2020-45)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.02.011
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2023-02-15，
  
  收稿日期：2022-01-08，
  
  修回日期：2022-01-29，
扫描看全文
李骏,赵青,李立君等.基于改进粒子群算法的油茶花粉采摘机械臂轨迹规划[J].机械传动,2023,47(02):86-92.

Li Jun,Zhao Qing,Li Lijun,et al.Trajectory Planning of Camellia Oleifera Pollen Picking Manipulators Based on an Improved Particle Swarm Optimization Algorithm[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(02):86-92.
李骏,赵青,李立君等.基于改进粒子群算法的油茶花粉采摘机械臂轨迹规划[J].机械传动,2023,47(02):86-92. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.02.011.

Li Jun,Zhao Qing,Li Lijun,et al.Trajectory Planning of Camellia Oleifera Pollen Picking Manipulators Based on an Improved Particle Swarm Optimization Algorithm[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(02):86-92. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.02.011.

摘要

针对人工收集油茶花粉存在劳动强度大、效率低等问题，基于油茶花的生长特性，设计了一种油茶花粉采摘机器人。以油茶花粉采摘机械臂为研究对象，采用D-H方法对其进行建模和正、逆运动学分析；在Matlab软件环境下，采用蒙特卡罗方法求解末端手爪的工作空间，得到机械臂末端工作空间的点云图像。仿真数据表明，所设计的机械臂能够很好地满足油茶花粉采摘要求。由于传统机器人轨迹规划存在效率低、运行不稳定等问题，提出了一种改进粒子群（IPSO）算法对油茶花粉采摘机械臂的轨迹进行优化。该方法以时间为适应度函数，有效地将5-5-5多项式插值函数与IPSO算法相结合。通过对比传统遗传算法（SGA）与传统粒子群算法（SPSO），表明IPSO算法能更好地适用于油茶花粉采摘机械臂的时间最优轨迹规划。

Abstract

Aiming at the problems of high labor intensity and low efficiency in manually collecting camellia pollen

a camellia pollen picking robot is designed based on the growth characteristics of camellia flower. Taking the camellia oleifera pollen picking manipulator as the research object

the D-H method is used to model and analyze its forward and inverse kinematics. In the Matlab software environment

the Monte Carlo method is used to solve the workspace of the end claw

and the point cloud image of the manipulator end workspace is obtained. The simulation data shows that the designed manipulator can well meet the requirements of camellia oleifera pollen picking. Due to the low efficiency and unstable operation of traditional robot trajectory planning

an improved particle swarm optimization (IPSO) algorithm is proposed to optimize the trajectory of camellia pollen picking manipulator. This method takes time as the fitness function and effectively combines 5-5-5 polynomial interpolation function with IPSO algorithm. The comparison between traditional genetic algorithm (SGA) and traditional particle swarm optimization (SPSO) shows that the IPSO algorithm can be better applied to the time optimal trajectory planning of camellia oleifera pollen picking manipulators.

关键词

油茶花粉采摘机器人D-H法粒子群算法5-5-5多项式轨迹规划

Keywords

Camellia oleifera pollen picking robotD-H methodParticle swarm optimization algorithm5-5-5 polynomialTrajectory planning

references

伍德林，袁嘉豪，李超，等.扭梳式油茶果采摘末端执行器设计与试验［J］.农业机械学报，2021，52（4）：21-33.

WU Delin，YUAN Jiahao，LI Chao，et al.Design and test of twist comb end effector for camellia oleifera fruit picking［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2021，52（4）：21-33.

周增亮，胡冬南，刘爽，等.油茶研究文献计量分析［J］.经济林研究，2019，37（2）：204-214.

ZHOU Zengliang，HU Dongnan，LIU Shuang，et al.Bibliometric analysis of camellia oleifera research literature［J］.Non-wood Forest Research，2019，37（2）：204-214.

李帅，周健，李立君，等.油茶果采摘机械臂工作空间分析与仿真［J］.农机化研究，2015，37（3）：46-49.

LI Shuai，ZHOU Jian，LI Lijun，et al.Workspace analysis and simulation of camellia oleifera fruit picking manipulator［J］.Journal of Agricultural Mechanization Research，2015，37（3）：46-49.

史洁，尹佟明，施季森.我国油茶产业的发展历程及存在问题述评［J］.西南林业大学学报，2011，31（6）：82-87.

SHI Jie，YIN Tongming，SHI Jisen.Review on the development process and existing problems of camellia oleifera industry in China［J］.Journal of Southwest Forestry University，2011，31（6）：82-87.

蒋瑶，陈文波，罗家玲.‘长林3号’油茶传粉生物学特性与繁育系统的研究［J］.凯里学院学报，2021，39（6）：62-70.

JIANG Yao，CHEN Wenbo，LUO Jialing.Study on pollination biological characteristics and breeding system of camellia oleifera 'Changlin 3'［J］.Journal of Kaili University，2021，39（6）：62-70.

左继林，周文才，孙颖，等.夏秋季节水肥调控综合措施对油茶促花保果效果的影响［J］.经济林研究，2017，35（2）：171-177.

ZUO Jilin，ZHOU Wencai，SUN Ying，et al.Effect of comprehensive measures of water and fertilizer regulation in summer and autumn on flower promotion and fruit retention of camellia oleifera［J］.Non-wood Forest Research，2017，35（2）：171-177.

苏秀荣.自动金银花采花机：CN203181580U［P］.2013-09-11.

SU Xiurong.Automatic honeysuckle flower picker：CN203181580U［P］.2013-09-11.

李景彬，王晓华，坎杂，等.剪切式红花采收装置的设计与试验［J］.江苏农业科学，2015，43（11）：537-539.

LI Jingbin，WANG Xiaohua，KAN Za，et al.Design and test of shear safflower harvesting device［J］.Jiangsu Agricultural Sciences，2015，43（11）：537-539.

王荣炎，郑志安，鹿秀风，等.梳齿往复式杭白菊采摘装置设计与试验［J］.农业机械学报，2019，50（12）：73-79.

WANG Rongyan，ZHENG Zhian，LU Xiufeng，et al.Design and test of comb reciprocating Hangzhou white chrysanthemum picking device［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2019，50（12）：73-79.

江鸿怀，金晓怡，邢亚飞，等.基于粒子群优化算法的五自由度机械臂轨迹规划［J］.机械设计与研究，2020，36（1）：107-110.

JIANG Honghuai，JIN Xiaoyi，XING Yafei，et al.Trajectory planning of 5-DOF manipulator based on particle swarm optimization algorithm［J］.Mechanical Design and Research，2020，36（1）：107-110.

杨成超.基于Matlab的UR5机器人相贯焊接模型运动学分析和轨迹规划［J］.机械传动，2021，45（12）：68-73.

YANG Chengchao.Kinematics analysis and trajectory planning of intersection welding model of UR5 robot based on Matlab［J］.Journal of Mechanical Transmission，2021，45（12）：68-73.

李虹，刘松，孙志毅，等.基于非均匀B样条曲线的挖掘机最优时间轨迹规划［J］.中国工程机械学报，2021，19（4）：302-306.

LI Hong，LIU Song，SUN Zhiyi，et al.Optimal time trajectory planning of excavator based on non-uniform B-spline curve［J］.Chinese Journal of Construction Machinery，2021，19（4）：302-306.

王超，宋公飞，徐宝珍.基于IAGA的工业机器人时间最优轨迹规划［J］.计算机仿真，2021，38（8）：368-371.

WANG Chao，SONG Gongfei，XU Baozhen.Time optimal trajectory planning of industrial robot based on IAGA［J］.Computer Simulation，2021，38（8）：368-371.

赵仁豪，李亮.六自由度机械臂建模与MATLAB仿真［J］.宝鸡文理学院学报（自然科学版），2019，39（3）：69-74.

ZHAO Renhao，LI Liang.Modeling and MATLAB simulation of 6-DOF manipulator［J］.Journal of Baoji University of Arts and Sciences（Natural Science Edition），2019，39（3）：69-74.

孙阳，杨先海，代瑞恒，等.六自由度机器人的运动学分析及码垛轨迹规划［J］.机床与液压，2021，49（21）：33-37.

SUN Yang，YANG Xianhai，DAI Ruiheng，et al.Kinematics analysis and palletizing trajectory planning of 6-DOF robot［J］.Machine Tool and Hydraulics，2021，49（21）：33-37.

李光亮，陈君若.KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真［J］.自动化仪表，2018，39（1）：40-43.

LI Guangliang，CHEN Junruo.Kinematics analysis and simulation of KUKA KR6 robot［J］.Process Automation Instrumentation，2018，39（1）：40-43.

刘强，杨道国，郝卫东.UR10机器人的运动学分析与轨迹规划［J］.机床与液压，2019，47（17）：22-28.

LIU Qiang，YANG Daoguo，HAO Weidong.Kinematic analysis and trajectory planning of UR10 robot［J］.Machine Tool and Hydraulics，2019，47（17）：22-28.

何建成，李林升，林国湘.基于自适应粒子群算法的FS20N机器人时间最优轨迹规划［J］.机械研究与应用，2020，33（1）：192-195.

HE Jiancheng，LI Linsheng，LIN Guoxiang.Time optimal trajectory planning of FS20N robot based on adaptive particle swarm optimization［J］.Mechanical Research and Application，2020，33（1）：192-195.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

一种液压挖掘机最优能耗的轨迹规划方法

基于摆线的下肢康复机器人轨迹优化

基于原子轨道搜索算法的6自由度装配机器人轨迹规划

水泥灌料自动插袋机械手运动学分析与仿真

一种车载轮椅自动收放机械臂设计与运动分析