欠驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的仿真與控制研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)機(jī)器人是農(nóng)業(yè)工程科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的重要方向，屬于多學(xué)科融合的、綜合性的、正處于蓬勃發(fā)展和進(jìn)步中的高新技術(shù)。設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展極大推動(dòng)了智能農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人逐漸成為農(nóng)業(yè)智能機(jī)械的主攻方向，替代勞動(dòng)者負(fù)責(zé)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)管理，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，逐漸成為當(dāng)前國(guó)際農(nóng)業(yè)工程發(fā)展趨勢(shì)。
　　本課題在國(guó)家自然基金項(xiàng)目“欠驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人廣義動(dòng)力學(xué)及實(shí)時(shí)控制研究”的資助下進(jìn)行研究。本文主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　查閱大量國(guó)內(nèi)外

2、相關(guān)文獻(xiàn)，制定研究總體方案，確定研究技術(shù)路線，設(shè)計(jì)了欠驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的機(jī)械硬件系統(tǒng)，機(jī)器人本體由輪式移動(dòng)平臺(tái)和前置的6自由度機(jī)械臂組成，通過(guò)變換末端執(zhí)行器（采摘手，夾持器，噴頭，除草割刀等）可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展與實(shí)際功能適用。輪式移動(dòng)平臺(tái)主要由車(chē)架、后輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成；末端執(zhí)行器則是根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求進(jìn)行靈活組合；后輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用鏈傳動(dòng)形式保證車(chē)體承載能力，適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境；前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與機(jī)械臂底盤(pán)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用同步帶傳動(dòng)保

3、證轉(zhuǎn)向精度；6自由度機(jī)械臂是由腰、肩、肘三個(gè)宏關(guān)節(jié)與3轉(zhuǎn)動(dòng)微關(guān)節(jié)組成的腕關(guān)節(jié)構(gòu)成，通過(guò)伺服電機(jī)串聯(lián)減速機(jī)獲取足夠力矩驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)以期望的速度、方向沿規(guī)劃軌跡運(yùn)動(dòng)。
　　基于Piper法則建立欠驅(qū)動(dòng)輪式農(nóng)業(yè)機(jī)器人的六自由度串聯(lián)機(jī)械臂模型，通過(guò)D-H參數(shù)描述了末端執(zhí)行器相對(duì)于基座坐標(biāo)系的位姿，建立了D-H坐標(biāo)系下6自由度串聯(lián)機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并利用Mathmatica軟件編程予以符號(hào)解算，提出了逆解最優(yōu)解選取原則，并在MAT

4、LAB環(huán)境下運(yùn)用Robotics工具箱仿真模擬機(jī)械臂規(guī)避障礙，驗(yàn)證6自由度機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的正確性與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
　　設(shè)計(jì)了以STM32為核心的機(jī)器人控制系統(tǒng)，采用PID算法以PWM+方向的控制模式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作于速度、位置、力矩模式，編制了基于PID算法的下位機(jī)控制程序。
　　在Solidworks環(huán)境下完成三維實(shí)體建模后，在ADAMS環(huán)境下對(duì)欠驅(qū)動(dòng)輪式農(nóng)業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了力矩、速度、角速度仿真，完成了采摘收獲的特定