[发明专利]一种蘑菇往复推动无损采摘方式及其路径规划方法

权利要求书

1.一种蘑菇往复推动无损采摘方式及其路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.设计蘑菇与培养基分离的往复推动采摘方式；

B.成熟蘑菇无损采摘最优推动方向的确定方法；

C.考虑无损采摘推动方向及最优路径的双目标优化成熟蘑菇采摘路径规划算法。

2.根据权利要求1所述一种蘑菇往复推动无损采摘方式及其路径规划方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

步骤A1：利用末端执行器对蘑菇进行夹持或吸附；

步骤A2：沿蘑菇最优推动方向往复推动蘑菇实现蘑菇与培养基的分离。

3.根据权利要求1所述一种蘑菇往复推动无损采摘方式及其路径规划方法，其特征在于，所述步骤A2中成熟蘑菇最优推动方向是基于步骤B成熟蘑菇无损采摘最优推动方向的确定方法来确定的，该方法具体包括：

步骤B1：获取蘑菇分布图像中蘑菇中心坐标、菇帽半径以及蘑菇高度数据，以上数据作为蘑菇数据特征保存；

步骤B2：利用蘑菇数据特征搜索出目标蘑菇周围的邻域蘑菇以及次邻域蘑菇；与目标蘑菇相交或相切的蘑菇称为邻域蘑菇，与目标蘑菇相离但依然会对目标蘑菇的往复推动空间造成干涉的蘑菇称为次邻域蘑菇；

判断可疑蘑菇为邻域蘑菇的评价指标，其确定形式如下：

0＜a_oi≤r_oi

其中a_oi代表目标蘑菇与第i个可疑蘑菇之间的中心距；r_oi代表目标与第i个可疑蘑菇的菇帽半径和；i∈[1，...，n-1]，n为蘑菇总数；

判断可疑蘑菇为次邻域蘑菇的评价指标，其确定形式如下：

r_oi＜a_oi≤d_o+r_i

其中r_i为可疑蘑菇的菇帽半径，d_o代表目标蘑菇的往复推动范围，公式如下：

式中h_o与r_o分别代表目标蘑菇的高度与菇帽半径，k为推动采摘范围系数，k∈(0，1]；

步骤B3：计算邻域蘑菇解集、次邻域蘑菇解集并确定蘑菇最优推动方向；目标蘑菇是否被其邻域蘑菇包围类比为点与多边型的关系，利用改进的叉乘判别法来判断点与多边形的的关系从而确定目标蘑菇是否被其邻域蘑菇包围；假设邻域蘑菇个数为m，在目标蘑菇质点p_o与每个邻域蘑菇质点p_i之间做向量其中，i∈[1，2，3，...，m]，m为邻域蘑菇总数；选择其中任一条向量如选作为基向量，剩余其他向量称为邻域向量，邻域向量与基向量依次做叉乘与点乘运算，具体公式如下：

其中f为方向系数，θ_2，i为带有方向的向量夹角；

所有邻域向量与基向量依次进行叉乘、点乘运算后得到的结果进行升序排列，选择出结果中的最大值θ_max与最小值θ_min；判断点与多边形关系的具体公式如下：

当点在多边形上和外时，均视为目标蘑菇未被其邻域蘑菇包围；记录下邻域蘑菇解集A，具体表达形式如下：

A＝360°-(|θ_max|+|θ_min|)

利用内公切线定理计算目标蘑菇与某一个次邻域蘑菇之间的内公切角的计算公式如下：

其中n为次邻域蘑菇个数，α_oi为目标蘑菇与次邻域蘑菇所成内公切线夹角，a_oi为目标蘑菇与次邻域蘑菇中心距，r_o，r_i分别为目标蘑菇菇帽半径和次邻域蘑菇菇帽半径；

该内公切角在0-360°范围内的补角β_oi称为次邻域蘑菇个体解集；补角β_oi计算公式如下：

β_oi＝360°-α_oi，i∈[1，...，n]

被摘的目标蘑菇周围邻域蘑菇、次邻域蘑菇的存在情况主要分为三种情况：

1)目标蘑菇周围不存在邻域蘑菇、次邻域蘑菇；

2)目标蘑菇周围既存在邻域蘑菇也存在次邻域蘑菇；

3)目标蘑菇周围只存在邻域蘑菇、次邻域蘑菇中的一种；

对于第一种情况，为了避免无效的计算，默认这种情况的目标蘑菇的采摘推动方向为180°；对于第二种情况，应使邻域蘑菇解集A依次与次邻域蘑菇个体解集β_oi进行取交集操作，如若出现交集为空集的情况，则视为目标蘑菇往复推动采摘失败，退出可摘算法判断；若所有取交集操作完成后交集不为空集，则保留该交集并将该交集用于确定可行推动方向；对于第三种情况，当目标蘑菇周围仅存在邻域蘑菇时，将目标蘑菇与邻域蘑菇关系判断中获得的邻域蘑菇解集用于确定可行推动方向；当目标蘑菇周围仅存在次邻域蘑菇时，所有次邻域蘑菇个体解集β_oi的交集便为该目标蘑菇被所有次邻域蘑菇干涉后的最终可行推动方向解集称为次邻域蘑菇解集B，具体表达形式如下：

当次邻域蘑菇解集B为空集时，目标蘑菇不进行往复推动采摘，视为采摘失败，当次邻域蘑菇解集B不为空集时，目标蘑菇进行往复推动采摘，视为采摘成功；

从获得的可行推动方向解集中选择角度范围最大的解集作为最优推动方向的求解集；最优推动方向求解公式：

其中θ_down、θ_up分别为求解集的下界和上界。