果樹采摘機(jī)器人控制與避障技術(shù)研究.pdf

1、果園收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化是廣大果農(nóng)們關(guān)注的熱點(diǎn)問題，開展果樹采摘機(jī)器人研究，不僅對(duì)于適應(yīng)市場(chǎng)需求、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效率有著一定的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)、促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機(jī)器人是一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機(jī)械手固定在履帶式移動(dòng)平臺(tái)上構(gòu)成的一類特殊的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)。本文在國(guó)家“863”高技術(shù)項(xiàng)目“果樹采摘

2、機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下，以自行設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)果樹采摘機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析、研究和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了視覺伺服控制器，并對(duì)采摘機(jī)器人避障技術(shù)進(jìn)行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，介紹了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，根據(jù)自行設(shè)計(jì)的5自由度機(jī)械臂機(jī)械特性，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機(jī)器人機(jī)械臂的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。 其次，基于開放、先進(jìn)和可靠的考慮，采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)。在

3、開放式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)果樹采摘機(jī)器人硬件組成部分主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。在分析果樹采摘機(jī)器人工作環(huán)境和工作特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了果樹采摘機(jī)器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)了PID控制器，應(yīng)用于機(jī)器人視覺伺服控制，實(shí)現(xiàn)果樹采摘機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制。在詳細(xì)論述關(guān)節(jié)式機(jī)器人避障方法的基礎(chǔ)上，對(duì)果樹采摘機(jī)器人避障方法進(jìn)行了初步的探討，提出了采用C—空間法實(shí)現(xiàn)采摘機(jī)器