基于灰色预测控制的果蔬抓取系统设计与试验.pdf

《基于灰色预测控制的果蔬抓取系统设计与试验.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第3期1122010年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．3Mar．2010基于灰色预测控制的果蔬抓取系统设计与试验王学林，姬长英※，周俊，姜莉，顾宝兴(南京农业大学工学院，南京210031)摘要：为使末端执行器和变形果蔬问的抓持力快速低超调地跟踪设定力，提出基于灰色预测的增量式比例积分(PI)力控制算法。该算法通过采集果蔬受到的抓持力建立灰色预测模型，当预测模型精度较高或较低时，相应地加大或减小预测力偏差在综合力偏差中的权值，使力控制器可以利用过去、当前和未来的果蔬抓持力信息来计算合适的控制校正量对抓持力偏

2、差进行预补偿，可以使控制器获得超调量小和响应快速的特点，对末端执行器和果蔬之间的动态抓持过程具有适应性。果蔬抓持试验证明了灰色预测PI力控制算法的有效性，可减小果蔬抓持损伤。关键词：机器人，力控制，算法，抓持，灰色预测doi"10．3969／j．issn．1002—6819．2010．03．019中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)-03—0112-06王学林，姬长英，周俊，等．基于灰色预测控制的果蔬抓取系统设计与试验[J]．农业工程学报，2010，26(3)：112—117．WangXuelin，JiChangying

3、,ZhouJun，cta1．Designandexperimentoffi'uitandvegetablegraspingsystembasedOilgreypredictioncontrol[J]．TransactionsoftheCSAE’2010，26(3)：112--117．(inChinesewithEnglishabstrac00引言由于果蔬采摘作业的复杂性，农业机器人采摘成功率低，损伤率高【l卅。引起损伤率高的一个主要原因是末端执行器抓持果蔬力过大或过小，导致抓伤或脱落【5-el。果蔬在抓持过程中会发生变形，使抓持力变化并减小【7。8】，采摘中

4、应考虑果蔬变形对末端执行器夹持力的影响。末端执行器在抓持住果蔬后，常用的方式是扭断和切断果梗[3,9-10l，对夹持果蔬力的稳定控制尤为重要。预测物体抓持力变化是人手成功抓取和操作物体的一项重要的控制策略【ll】；同样对机械手来讲，抓取时仍需在线预测物体的刚度变化，目的是以指定的设定力快速地将机械手指移动到估计的变形位置处，在这过程中确保力以最大的收敛响应速度到达接触位置，且无振荡和超调出现[12-13】。可是直接预测抓取过程中的果蔬刚度变化并不实际，本文直接预测抓持力，提出一种基于灰色预测增量式比例积分PI(proportionalintegral)力控制

5、算法，目的使末端执行器和果蔬间的抓持力快速低超调地跟踪设定力。1力控制硬件组成该抓取试验系统由末端执行器、单膜片联轴器(C5)、松下数字伺服电机(MINASA4，50W)及驱动器(MADDTl205，200V)、微量程测力传感器和放大器(CH-400／BS．100，微量程0-100N，输出信号0"-'5V)、收稿日期：2009-09-09修订日期：2009．12-05基金项目：国家863计划资助项目(2006AAl07_2．59)作者简介：王学林(1975一)，男，博士，研究方向为农业机器人。南京南京农业大学工学院，210031。Email：wxl0036@

6、yahoo．cA)m．cn※通信作者：姬长英(1957一)，男，教授，研究方向农业机器人。南京南京农业大学工学院，210031。Fanail：chyji@ajau．cdu．cn研华数据采集卡(PCIl710．CE)、研华运动控制卡(PCI．1240U)、研华工控机(IPC．610H)、稳压电源(+12V)等组成。力传感器的满量程测量精度误差为0．3％FS。试验硬件框架如图1所示，其中的虚线为外接控制电源线路，由稳压电源提供12V直流电，分别向控制卡、信号放大器、交流伺服驱动器提供所需要的控制电源。试验现场如图2所示。f：位机及算法模块糍醐婀图1力控制硬件结构

7、示意图Fig．1Hardwareschematicdiagramofforcecontrol图2果蔬抓取系统Fig．2Graspingsystemoffruitandvegetable堆一书第3期王学林等：基于灰色预测控制的果蔬抓取系统设计与试验1131．1上位控制计算机整个抓取力控制系统采用上、下位机二级结构，工控机作为主控制器，其上运行抓取控制系统主程序，提供用户界面并根据数据采集提供的信息完成数据采集、运算、控制等，并将运算结果下达给运动控制卡(下位机)。本系统上位机选用研华IPC610．H工控机，CPU为Intel(R)Core(TM)2双核2．66

8、GHz，内存2GB。下位机选用研华PCIl240U，