發(fā)布時(shí)間：2017-11-03 07:24

  本文關(guān)鍵詞：獼猴桃采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與仿真

  更多相關(guān)文章： 移動(dòng)平臺(tái) 四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向 阿克爾曼模型 動(dòng)力學(xué)模型

【摘要】：中國(guó)有著世界上的最大的獼猴桃種植面積,需要投入大量的勞動(dòng)力從事獼猴桃的收獲采摘。因此,研究實(shí)現(xiàn)獼猴桃自動(dòng)采摘對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)力,減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān),實(shí)現(xiàn)獼猴桃種植生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有很深遠(yuǎn)的意義。目前,對(duì)于獼猴桃的果實(shí)識(shí)別以及其破損力學(xué)研究已取得一定的結(jié)果,獼猴桃在復(fù)雜背景中的提取方法,以及無(wú)損采摘末端執(zhí)行器以及采摘機(jī)械臂也已試制成功。因此,研究能在果園中定向移動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái),從而使得采摘機(jī)械臂與末端執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)大范圍采摘有一定的現(xiàn)實(shí)意義本文以標(biāo)準(zhǔn)化的棚架式獼猴桃種植模式條件,對(duì)應(yīng)用于獼猴桃采摘的移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.對(duì)獼猴桃采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的工作條件簡(jiǎn)要分析并確定了移動(dòng)平臺(tái)的初步方案。首先結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,分析了棚架結(jié)構(gòu)參數(shù)、果園內(nèi)部土壤的物理特性和力學(xué)特性。然后,以此為平臺(tái)設(shè)計(jì)的條件確定了移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)和基本作業(yè)功能。最后簡(jiǎn)單介紹了一代移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與試制結(jié)果,著重介紹了二代移動(dòng)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和主要的工作原理。2.結(jié)合工況和平臺(tái)的工作需求,設(shè)計(jì)并選取了移動(dòng)平臺(tái)的關(guān)鍵部件和模塊。首先,通過(guò)分析輪胎地面力學(xué),確定了移動(dòng)平臺(tái)行進(jìn)所需牽引力和輪胎的旋轉(zhuǎn)力矩,以此選取移動(dòng)平臺(tái)的行進(jìn)輪轂電機(jī)。然后,結(jié)合原地轉(zhuǎn)向力矩經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定移動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力,以所需的轉(zhuǎn)向力矩為邊界條件,選取合適的轉(zhuǎn)向電機(jī),并設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向力矩放大機(jī)構(gòu)的機(jī)械模塊。其次,對(duì)平臺(tái)的水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)性分析設(shè)計(jì),建立合理的幾何模型,分析了調(diào)節(jié)高度與特征角之間的關(guān)系,并對(duì)整個(gè)調(diào)高機(jī)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)分析,對(duì)危險(xiǎn)原件進(jìn)行了ANSYS才仿真校核,確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。最后完成整個(gè)平臺(tái)的PROE三維設(shè)計(jì)和整體裝配。3.對(duì)四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析。首先,以Akermann運(yùn)動(dòng)學(xué)模型為理論基礎(chǔ),分析各個(gè)輪胎轉(zhuǎn)角的關(guān)系,完成了基于阿克爾曼幾何模型的各個(gè)輪子轉(zhuǎn)角以轉(zhuǎn)彎半徑和輸入轉(zhuǎn)角為變量的仿真,并建立了四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各個(gè)輪子轉(zhuǎn)角計(jì)算的用戶圖形界面。然后,分析得到動(dòng)力學(xué)主要物理量例如輪胎側(cè)向力,側(cè)偏角,縱向加速度和側(cè)向加速的表達(dá)式。最后,建立移動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)的模型的微分方程,以MATLAB/Simulink為工具搭建動(dòng)力學(xué)模型的仿真模塊,結(jié)合MATLAB/GUI建立了移動(dòng)平臺(tái)動(dòng)力學(xué)仿真的圖形用戶界面,方便移動(dòng)平臺(tái)的參數(shù)優(yōu)化。并以此對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行仿真分析。觀察移動(dòng)平臺(tái)的側(cè)傾角,橫擺角速度和側(cè)向速度的響應(yīng)情況。
【關(guān)鍵詞】：移動(dòng)平臺(tái) 四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向 阿克爾曼模型 動(dòng)力學(xué)模型
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S225.93;TP242
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 縮略詞表11-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究目的及其意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外輪式移動(dòng)平臺(tái)的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.3 仿真分析軟件的現(xiàn)狀與應(yīng)用17-18
• 1.3 論文研究主要內(nèi)容18-19
• 1.4 論文的研究方法19
• 1.5 技術(shù)路線19-20
• 第二章 獼猴桃采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定20-31
• 2.1 獼猴桃棚架式結(jié)構(gòu)種植要求20-24
• 2.1.1 獼猴桃的棚架結(jié)構(gòu)20-21
• 2.1.2 獼猴桃果園的土壤特性21-24
• 2.2 獼猴桃采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)24-25
• 2.3 獼猴桃采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)初步方案25-30
• 2.3.1 一代樣機(jī)的設(shè)計(jì)試制25-27
• 2.3.2 二代樣機(jī)的總體結(jié)構(gòu)27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 獼猴桃采摘機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)部件設(shè)計(jì)研究31-57
• 3.1 移動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)分析31-39
• 3.1.1 前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力的分析計(jì)算31-36
• 3.1.2 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)阻力的分析計(jì)算36-39
• 3.2 平臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)39-55
• 3.2.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)39-47
• 3.2.2 仿形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)47-55
• 3.3 平臺(tái)整體裝配55
• 3.4 本章小結(jié)55-57
• 第四章 四輪獨(dú)立導(dǎo)向移動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)分析57-81
• 4.1 基于Ackermann模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析57-62
• 4.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中物理量求解62-66
• 4.2.1 移動(dòng)平臺(tái)的側(cè)偏角62-64
• 4.2.2 移動(dòng)平臺(tái)的縱向加速度和側(cè)向加速度64-65
• 4.2.3 移動(dòng)平臺(tái)的車(chē)輪側(cè)向力65-66
• 4.3 移動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模66-71
• 4.4 移動(dòng)平臺(tái)的操作穩(wěn)定性仿真71-80
• 4.4.1 動(dòng)力學(xué)仿真模塊的搭建71-74
• 4.4.2 動(dòng)力學(xué)仿真圖形界面的設(shè)計(jì)74-75
• 4.4.3 仿真結(jié)果分析75-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 第五章 結(jié)論與展望81-83
• 5.1 結(jié)論81-82
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)82
• 5.3 展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 作者簡(jiǎn)介88

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