【摘 要】
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以安徽黄山地区太平猴魁茶叶为研究对象,主要研究规划机械臂时间最优的采摘路径以提高机械臂的茶叶采摘效率,对蚁群算法（Ant Colony Algorithm,ACA）、多态蚁群算法（Polymorphic Ant Colony Algorithm,PACA）进行分析,对多态蚁群算法进行改进并运用到三维空间茶叶采摘点路径规划中;对三次多项式插值、五次多项式插值进行分析,将二者相结合形成3-5-3分段多
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以安徽黄山地区太平猴魁茶叶为研究对象,主要研究规划机械臂时间最优的采摘路径以提高机械臂的茶叶采摘效率,对蚁群算法（Ant Colony Algorithm,ACA）、多态蚁群算法（Polymorphic Ant Colony Algorithm,PACA）进行分析,对多态蚁群算法进行改进并运用到三维空间茶叶采摘点路径规划中;对三次多项式插值、五次多项式插值进行分析,将二者相结合形成3-5-3分段多项式插值局部路径规划,并对萤火虫算法（Firefly Algorithm,FA）进行分析和改进,运用改进萤火虫算法优化插值时间。（1）机械臂运动学分析及平台搭建。运用DH（Denavit Harenberg）建模法建立机械臂连杆坐标系,对机械臂进行正运动学和逆运动学分析。基于机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）搭建了GLUON机械臂的控制平台,将Real Sense D455深度相机搭载于机械臂并进行手眼标定,为开展机械臂茶叶采摘奠定基础。（2）茶叶采摘点三维路径规划,对ACA和PACA的路径规划情况进行详细分析,ACA收敛较慢且会出现绕路的情况,PACA虽然能提高了算法的搜索效率,但会出现无法选择下一个采摘点而导致算法陷入停滞的情况。引入了信息素加权值、状态转移概率加权值、最大信息素浓度对PACA改进,并运用改进PACA规划茶叶采摘点三维路径。改进PACA规划出的路径相比较ACA和PACA分别缩短了约34%和20%,收敛速度比ACA提升了约23%,比PACA略有下降,但是算法更加稳定。（3）机械臂局部路径规划。运用三次多项式和五次多项式插值规划机械臂从一个采摘点到另一个采摘点的路径,会出现不能约束关节加速度,计算量大,出现龙格现象等情况。将三次多项式与五次多项式结合成3-5-3分段插值多项式,3-5-3插值多项式规划出的轨迹平滑连续,能同时对各关节的速度和加速度形成约束,计算量小于五次多项式插值,并且不会出现龙格现象。对萤火虫算法（Firefly Algorithm,FA）进行改进,并将改进FA应用于插值时间的优化,优化后的插值时间约缩短为原来的20%,优化后的萤火虫算法迭代初期的寻优能力更强,且收敛能力提高约25%。本文的时间最优茶叶采摘路径主要体现在三维空间采摘点路径最短和局部采摘时间最优,将二者相结合可以在茶叶采摘过程中节约一定时间,进而提升机械臂采摘效率。
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