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

【摘要】：采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)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(yùn)等任務(wù)的柔性自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)。AGV(Automated Guided Vehicle)作為采摘機(jī)器人的導(dǎo)引平臺(tái),輔助采摘機(jī)器人進(jìn)行田間作業(yè),因此,為了確保采摘機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)行并能自主導(dǎo)航,對(duì)AGV系統(tǒng)進(jìn)行研究有重大的理論意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文以果蔬采摘機(jī)器人項(xiàng)目為背景,結(jié)合國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)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(duì)AGV研究過程中的關(guān)鍵問題及解決方法進(jìn)行了討論。在此理論基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套完整的輪式AGV系統(tǒng),輔助果蔬采摘機(jī)器人完成自主化采摘和運(yùn)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(diǎn),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(diǎn),選擇兩前輪轉(zhuǎn)向、兩后輪差速驅(qū)動(dòng)的布局方式,并針對(duì)傳統(tǒng)梯形轉(zhuǎn)向機(jī)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(jì)了一種純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置,利用電動(dòng)推桿實(shí)時(shí)改變前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的橫拉桿長度,使行走裝置符合阿克曼運(yùn)動(dòng)模型,轉(zhuǎn)向輪在地面做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)模塊、障礙物距離檢測(cè)模塊和磁導(dǎo)航傳感器模塊。針對(duì)路徑跟蹤過程中傳統(tǒng)單磁導(dǎo)引技術(shù)不能測(cè)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(dòng)轉(zhuǎn)向和差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(jì)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(duì)該算法進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證了雙磁導(dǎo)引傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和路徑跟蹤算法設(shè)計(jì)的有效性。最后,通過FPWIN Pro軟件對(duì)輪式AGV系統(tǒng)功能進(jìn)行程序設(shè)計(jì),并進(jìn)行硬軟件聯(lián)合調(diào)試,利用樣機(jī)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向、差速驅(qū)動(dòng)、最小轉(zhuǎn)彎半徑和圓曲線路徑跟蹤試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,瞬心點(diǎn)偏距PP′最大誤差為5.17mm,該AGV行駛過程中車身無抖動(dòng)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(zhǔn)確,實(shí)際運(yùn)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(jī)器人 AGV 轉(zhuǎn)向機(jī)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)式前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)26-29
• 2.3.5 后輪差速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)29-30
• 2.3.6 整體機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)與分析31-47
• 3.1 PLC控制器模塊31-34
• 3.2 驅(qū)動(dòng)模塊34-40
• 3.2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇34
• 3.2.2 驅(qū)動(dòng)力的分析34-36
• 3.2.3 驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算36-37
• 3.2.4 AGV行駛速度驗(yàn)算37-38
• 3.2.5 電動(dòng)推桿38-40
• 3.3 障礙物距離檢測(cè)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(yùn)動(dòng)學(xué)建模和雙磁導(dǎo)引控制算法設(shè)計(jì)47-70
• 4.1 輪式AGV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的分析47-52
• 4.1.1 純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立47-48
• 4.1.2 純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系48-52
• 4.2 輪式AGV差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的分析52-58
• 4.3 交流伺服電機(jī)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(jì)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(cè)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(shí)現(xiàn)與試驗(yàn)研究70-86
• 5.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(jì)71-74
• 5.2 AGV行走系統(tǒng)試驗(yàn)與分析74-84
• 5.2.1 純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向、差速驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)74-78
• 5.2.2 最小轉(zhuǎn)彎半徑試驗(yàn)78-79
• 5.2.3 路徑跟蹤試驗(yàn)79-84
• 5.3 試驗(yàn)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(xiàn)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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