發(fā)布時間：2020-07-17 15:32

【摘要】：近年來,隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展,以及解決三農(nóng)問題的迫切要求,拖拉機作為主要農(nóng)業(yè)機械,使用量日益增加,但我國拖拉機的自動化和智能化發(fā)展卻相對滯后,全天候自主導(dǎo)航作業(yè)的智能拖拉機尚處于技術(shù)攻堅階段。本文主要面向中小型馬力拖拉機設(shè)計了一種拖拉機駕駛機器人,通過駕駛機器人各機械手/腿的運動,實現(xiàn)對拖拉機各執(zhí)行機構(gòu)的協(xié)調(diào)控制。論文的主要研究內(nèi)容包括:(1)提出一種新穎的拖拉機駕駛機器人,設(shè)計拖拉機駕駛機器人系統(tǒng)架構(gòu),分別對駕駛機器人的各執(zhí)行機構(gòu)進行機械設(shè)計,并對要求較高的換擋機械手進行運動學(xué)和動力學(xué)分析,采用ADAMS工具對換擋機械手進行參數(shù)優(yōu)化,對比優(yōu)化前后換擋機械手的運動性能,并協(xié)同離合器作用進行優(yōu)化后換擋機械手的運動仿真。(2)基于VS/LabVIEW軟件平臺設(shè)計拖拉機駕駛機器人上位機測控系統(tǒng),通過ActiveX技術(shù)建立友好的人機交互界面,控制拖拉機駕駛機器人各機械手/腿的柔順運動,以及各執(zhí)行機構(gòu)的力/力矩,位移/角度的實時采集。(3)重點對換擋機械手的控制方法進行研究,提出基于動態(tài)參數(shù)辨識的換擋機械手模糊自適應(yīng)控制算法,首先通過滑動最小二乘法進行機械手“力-位置”模型的參數(shù)辨識,其次采用模糊控制器實現(xiàn)換擋機械手的模糊自適應(yīng)控制,并通過力信號的小波入位檢測判斷換擋手柄是否成功入位。構(gòu)建基于力反饋的換擋機械手模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng),通過模糊控制器對PID參數(shù)的實時自整定,提高換擋機械手的運動平順性。(4)為實現(xiàn)拖拉機駕駛機器人對給定速度的實時跟蹤,提出一種模糊/PID動態(tài)切換控制方法,該方法根據(jù)所設(shè)定的切換律在系統(tǒng)與預(yù)設(shè)曲線偏差較大時采用模糊控制策略,在偏差較小時采用PID控制策略,從而實現(xiàn)在固定擋位下對油門機械腿的精確控制,實現(xiàn)良好的速度跟蹤。(5)對研制的拖拉機駕駛機器人原理樣機進行了實驗研究。分別進行了換擋實驗和速度跟蹤實驗。研究傳統(tǒng)PID控制、模糊自適應(yīng)控制、模糊自適應(yīng)PID控制等不同控制策略,探究拖拉機駕駛機器人的換擋特性;通過模糊/PID動態(tài)切換控制方法,研究拖拉機駕駛機器人速度跟蹤控制特性。研究表明模糊自適應(yīng)PID控制方法的換擋穩(wěn)態(tài)誤差在6%以內(nèi),動態(tài)切換控制方法的車速跟蹤誤差在1Km/h以內(nèi),實驗驗證了所提控制方法的有效性和精確性。論文面向拖拉機結(jié)構(gòu)特點及實時作業(yè)環(huán)境,開展了拖拉機駕駛機器人的研究,包括駕駛機器人機械設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、機械手力學(xué)分析以及相關(guān)控制方法等,并通過實驗驗證了所提方法的有效性,為機器人技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械相結(jié)合提供了一種思路,對促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)業(yè)機械化水平有一定的現(xiàn)實意義。
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242;S219
【圖文】：

人可實現(xiàn)人類駕駛員的一系列駕駛?cè)蝿?wù)，駕駛舒適度以及沖擊強度的檢測。駕駛機器逡逑人己成為相對獨立的機器人系統(tǒng)，由換擋機械手、油門機械腿、制動機械腿、離合機逡逑械腿以及轉(zhuǎn)向機械手五個系統(tǒng)構(gòu)成，每一個機械手／腿都可以單獨安裝到機器人本體上逡逑并完成相應(yīng)的測試實驗［，３］。當(dāng)下國外公司己制造出不同類型的駕駛機器人，并己投放逡逑于市場，日本邋ＨＯＲＩＢＯ、Ｎｉｓｓａｎ邋Ｍｏｔｏｒ、ＡＵＴＯＭＡＸ、Ｈｏｒｉｂａ、Ｎｉｓｓａｎ邋Ｍｏｔｏｒ邋公司，德逡逑國邋ＳＣＨＥＮＣＫ、ＳＴＡＨＬＥ、ＷＩＴＴ邋公司，英國邋ＭＩＲＡ、ＦｒｏｕｄｅＣｏｎｓｉｎｅ邋公司，比利時的逡逑Ｋａｔｈｏｌｉｅｋｅ大學(xué)均擁有此技術(shù)［１４］。逡逑比如，德國ＳＴＡＨＬＥ公司設(shè)計生產(chǎn)的駕駛機器人（圖１－１），日本Ｈｏｒｉｂａ公司逡逑ＡＤＳ－７０００駕駛機器人（圖１－２），邋Ｃｈｒｙｓｌｅｒ公司研制的駕駛機器人（圖１－３）均由執(zhí)行逡逑機構(gòu)、電機模塊單元、工業(yè)控制計算機及相應(yīng)的通訊接口構(gòu)成，其中電機模塊單元可逡逑接收輸入信號，例如角度、汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速等，并對相應(yīng)信號進行預(yù)處理，通過控制逡逑相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的電機轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角，達到駕駛功能；其中電機模塊單元可與工業(yè)控制計逡逑算機相互通訊。工業(yè)控制計算機提供友好的人機交互界面，可視化控制單元傳來的數(shù)逡逑據(jù)，并可發(fā)送指令傳遞給控制器。逡逑

逑瞧渥逡逑圖１－２邋ＡＤＳ－７０００駕駛機器人邐圖丨－３邋Ｃｈｒｙｓｌｅｒ公司駕駛機器人逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－２邋ＡＤＳ－７００邋ｒｏｂｏｔ邋ｄｒｉｖｅｒ邋ｏｆ邋Ｈｏｒｉｂａ邐Ｆｉｇ．邋１邋－３邋Ｒｏｂｏｔ邋ｄｒｉｖｅｒ邋ｏｆ邋Ｃｈｒｙｓｌｅｒ逡逑英國ＡＢＤ公司和日本ＨＯＲＩＢＯ公司生產(chǎn)的駕駛機器人根據(jù)汽車操縱機構(gòu)命名，逡逑包括轉(zhuǎn)向機械手機器人、制動機械腿機器人、換擋機械手機器人，它們可以單獨安裝逡逑在實驗車輛上進行操縱機構(gòu)的單一控制，也可統(tǒng)一固定安裝于基座上，施加相應(yīng)控制逡逑策略，實現(xiàn)各機械手／腿的協(xié)調(diào)控制，完成一系列駕駛操作［１５］。英國ＡＢＤ公司設(shè)計研逡逑發(fā)的ＡＢＤ邋ＳＲ６０邋Ｔｏｒｕｓ圓環(huán)體轉(zhuǎn)向機器人（圖１－４），利用一直徑空心機構(gòu)把轉(zhuǎn)向執(zhí)行逡逑器夾在汽車方向盤上，使方向盤上的氣囊可放在原處不動，避免了拆卸原有的方向盤逡逑或使方向盤氣囊失效，保證了汽車的安全性，同時也減少了設(shè)置時間｜１６］。另外，轉(zhuǎn)向逡逑電機使用了軸承摩擦非常低的直驅(qū)連續(xù)旋轉(zhuǎn)無刷電機

拖拉機駕駛機器人設(shè)計及換擋機械手控制方法研究器人（圖１－５）可控制車輛制動踏板的開度，用于車腿末端執(zhí)行器可向制動踏板施加一定的力或位移輸提高機械腿柔性，提高制動踏板的運動平順性，減少安裝有加速度傳感器作為反饋來控制車輛減速，采用腿和轉(zhuǎn)向機械手，實現(xiàn)大量、重復(fù)、精確的汽車實驗，究［１９］。該制動機械腿機器人主要用于，閉環(huán)車速力／位檢測；多機械手協(xié)調(diào)控制。逡逑

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