發(fā)布時間：2017-06-08 04:08

  本文關(guān)鍵詞：基于純滾動轉(zhuǎn)向的采摘機器人輪式AGV系統(tǒng)設(shè)計與試驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：采摘機器人作為農(nóng)業(yè)機器人的一種,有著廣泛的應(yīng)用,它是一種可以完成果蔬采摘、輸運等任務(wù)的柔性自動化機械系統(tǒng)。AGV(Automated Guided Vehicle)作為采摘機器人的導(dǎo)引平臺,輔助采摘機器人進行田間作業(yè),因此,為了確保采摘機器人平穩(wěn)運行并能自主導(dǎo)航,對AGV系統(tǒng)進行研究有重大的理論意義和經(jīng)濟價值。本文以果蔬采摘機器人項目為背景,結(jié)合國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機器人導(dǎo)航系統(tǒng)和行走系統(tǒng)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,對AGV研究過程中的關(guān)鍵問題及解決方法進行了討論。在此理論基礎(chǔ)上,設(shè)計了一套完整的輪式AGV系統(tǒng),輔助果蔬采摘機器人完成自主化采摘和運輸任務(wù)。本論文的主要研究工作如下:首先,本文比較了各種導(dǎo)航方式優(yōu)缺點,選擇輪式AGV的導(dǎo)引方式為磁帶導(dǎo)引。在此基礎(chǔ)上,分析了不同輪系結(jié)構(gòu)和輪系布局的特點,選擇兩前輪轉(zhuǎn)向、兩后輪差速驅(qū)動的布局方式,并針對傳統(tǒng)梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輪式AGV在轉(zhuǎn)向過程中存在的橫向滑移和輪胎磨損現(xiàn)象,設(shè)計了一種純滾動轉(zhuǎn)向裝置,利用電動推桿實時改變前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的橫拉桿長度,使行走裝置符合阿克曼運動模型,轉(zhuǎn)向輪在地面做純滾動運動。其次,構(gòu)建了輪式AGV控制系統(tǒng),包括電源模塊、PLC控制器模塊、驅(qū)動模塊、障礙物距離檢測模塊和磁導(dǎo)航傳感器模塊。針對路徑跟蹤過程中傳統(tǒng)單磁導(dǎo)引技術(shù)不能測量出AGV角度偏差,從而產(chǎn)生了糾偏方向不確定性的問題,搭建了雙磁導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)。根據(jù)建立的純滾動轉(zhuǎn)向和差速驅(qū)動運動學(xué)模型以及磁導(dǎo)航傳感器工作特性,以PID控制為控制原則,設(shè)計了相應(yīng)的路徑跟蹤算法,根據(jù)反饋的當(dāng)前位置和角度偏差作為PID控制器的輸入,前輪期望轉(zhuǎn)角和車體期望速度作為輸出,并對該算法進行仿真分析,驗證了雙磁導(dǎo)引傳感器系統(tǒng)設(shè)計的合理性和路徑跟蹤算法設(shè)計的有效性。最后,通過FPWIN Pro軟件對輪式AGV系統(tǒng)功能進行程序設(shè)計,并進行硬軟件聯(lián)合調(diào)試,利用樣機設(shè)計并進行了純滾動轉(zhuǎn)向、差速驅(qū)動、最小轉(zhuǎn)彎半徑和圓曲線路徑跟蹤試驗。試驗表明,瞬心點偏距PP′最大誤差為5.17mm,該AGV行駛過程中車身無抖動現(xiàn)象,且無橫向摩擦引起的噪音,轉(zhuǎn)向過程順暢;圓曲線路徑跟蹤過程中,糾偏方向判斷準確,實際運行軌跡與預(yù)設(shè)軌跡的最大誤差為0.009m,誤差小于1cm,路徑跟蹤效果良好。
【關(guān)鍵詞】：采摘機器人 AGV 轉(zhuǎn)向機構(gòu) 磁導(dǎo)航 PID控制
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 農(nóng)業(yè)AGV行走系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 農(nóng)業(yè)AGV導(dǎo)航系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 存在的問題17
• 1.5 本文的研究內(nèi)容17-19
• 第二章 輪式AGV機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析19-31
• 2.1 輪式AGV系統(tǒng)需求分析19
• 2.2 輪式AGV導(dǎo)引方式的選擇19-20
• 2.3 輪式AGV機械結(jié)構(gòu)設(shè)計20-30
• 2.3.1 車身結(jié)構(gòu)與布置20-24
• 2.3.2 車身結(jié)構(gòu)參數(shù)24-25
• 2.3.3 輪胎選擇25-26
• 2.3.4 純滾動式前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)26-29
• 2.3.5 后輪差速驅(qū)動機構(gòu)29-30
• 2.3.6 整體機械機構(gòu)設(shè)計30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 輪式AGV控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與分析31-47
• 3.1 PLC控制器模塊31-34
• 3.2 驅(qū)動模塊34-40
• 3.2.1 驅(qū)動電機的選擇34
• 3.2.2 驅(qū)動力的分析34-36
• 3.2.3 驅(qū)動力矩的計算36-37
• 3.2.4 AGV行駛速度驗算37-38
• 3.2.5 電動推桿38-40
• 3.3 障礙物距離檢測模塊40-42
• 3.4 磁導(dǎo)航模塊42-46
• 3.4.1 磁導(dǎo)航傳感器的選擇42-44
• 3.4.2 雙磁導(dǎo)航傳感器模塊44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 輪式AGV運動學(xué)建模和雙磁導(dǎo)引控制算法設(shè)計47-70
• 4.1 輪式AGV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運動學(xué)模型的分析47-52
• 4.1.1 純滾動轉(zhuǎn)向運動學(xué)模型的建立47-48
• 4.1.2 純滾動轉(zhuǎn)向運動學(xué)關(guān)系48-52
• 4.2 輪式AGV差速驅(qū)動運動學(xué)模型的分析52-58
• 4.3 交流伺服電機的控制方法58-59
• 4.4 輪式AGV雙磁導(dǎo)引傳感系統(tǒng)算法設(shè)計59-69
• 4.4.1 PID控制算法59-61
• 4.4.2 行走系統(tǒng)控制策略61-63
• 4.4.3 偏差距離檢測的定義63
• 4.4.4 基于MATLAB /Simulink的路徑跟蹤仿真63-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第五章 輪式AGV控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)與試驗研究70-86
• 5.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計70-74
• 5.1.1 編譯環(huán)境的介紹70-71
• 5.1.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計71-74
• 5.2 AGV行走系統(tǒng)試驗與分析74-84
• 5.2.1 純滾動轉(zhuǎn)向、差速驅(qū)動試驗74-78
• 5.2.2 最小轉(zhuǎn)彎半徑試驗78-79
• 5.2.3 路徑跟蹤試驗79-84
• 5.3 試驗結(jié)果分析84-85
• 5.4 本章小結(jié)85-86
• 第六章 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 總結(jié)86-87
• 6.2 展望87-88
• 參考文獻88-92
• 致謝92-93
• 讀研期間參加的科研工作與發(fā)表的論文93

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1 王麗麗;郭艷玲;王迪;劉幻;;果蔬采摘機器人研究綜述[J];林業(yè)機械與木工設(shè)備;2009年01期

2 張潔;李艷文;;果蔬采摘機器人的研究現(xiàn)狀、問題及對策[J];機械設(shè)計;2010年06期

3 夏天;以色列的溫室采摘機器人[J];山東農(nóng)機化;1997年11期

4 方建軍;移動式采摘機器人研究現(xiàn)狀與進展[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報;2004年02期

5 宋健;張鐵中;徐麗明;湯修映;;果蔬采摘機器人研究進展與展望[J];農(nóng)業(yè)機械學(xué)報;2006年05期

6 崔玉潔;張祖立;白曉虎;;采摘機器人的研究進展與現(xiàn)狀分析[J];農(nóng)機化研究;2007年02期

7 田素博;邱立春;秦軍偉;劉春芳;;國內(nèi)外采摘機器人機械手結(jié)構(gòu)比較的研究[J];農(nóng)機化研究;2007年03期

8 呂宏明;姬長英;;視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)采摘機器人中的應(yīng)用及發(fā)展[J];江西農(nóng)業(yè)學(xué)報;2008年02期

9 劉長林;張鐵中;楊麗;;果蔬采摘機器人研究進展[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年13期

10 蔣煥煜;彭永石;應(yīng)義斌;;雙目立體視覺技術(shù)在果蔬采摘機器人中的應(yīng)用[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年05期

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1 何蓓;劉剛;;果樹采摘機器人研究綜述[A];2007年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

2 趙德安;姬偉;張超;李占坤;;果樹采摘機器人控制系統(tǒng)設(shè)計[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會電氣信息與自動化專業(yè)委員會、中國電機工程學(xué)會農(nóng)村電氣化分會科技與教育專委會2010年學(xué)術(shù)年會論文摘要[C];2010年

3 趙德安;呂繼東;姬偉;陳玉;張穎;;果樹采摘機器人及控制系統(tǒng)研制[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

4 石興祿;鄒湘軍;盧俊;陳強;陳燕;王紅軍;劉天湖;;虛擬采摘機器人統(tǒng)一建模與三維動態(tài)仿真[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

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1 本報記者 段佳;果蔬采摘機器人有了三維視力[N];大眾科技報;2009年

2 呂繼東 趙德安 姬偉 陳玉;淺談國內(nèi)外采摘機器人[N];中國農(nóng)機化導(dǎo)報;2014年

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1 顧寶興;智能移動式水果采摘機器人系統(tǒng)的研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

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1 王亞平;自主采摘機器人競賽平臺系統(tǒng)研究[D];江西理工大學(xué);2015年

2 李珈慧;蘋果采摘機器人移動平臺機械系統(tǒng)的設(shè)計及仿真[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

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7 趙慶波;果樹采摘機器人控制與避障技術(shù)研究[D];江蘇大學(xué);2008年

8 蘇帥;獼猴桃采摘機器人信息感知的基礎(chǔ)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

9 陳天宏;雙目采摘機器人路徑優(yōu)化設(shè)計的研究[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

10 楊文亮;蘋果采摘機器人機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析[D];江蘇大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：基于純滾動轉(zhuǎn)向的采摘機器人輪式AGV系統(tǒng)設(shè)計與試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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