基于磁导引的果蔬采摘机器人行走系统运动控制与试验研究(I)

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1、基于磁导引的果蔬采摘机器人行走系统运动控制与试验研究MotionControlandExperimentResearchonRunningSystemofFruit-·pickingRobotBasedonMagneticGuidance专业：壅些电氢化生自动丝姓2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识

2、到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：悯pⅣ年6月，6日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密√。学位论文作者签名：蝴

3、砷呻年()月fb日指导撕签名：p拿们厶p～年6月fG日江苏大学硕士学位论文摘要关于果蔬采摘机器人的研究，是近年来农业工程领域的一个研究重点。要实现果蔬采摘机器人自主摘取果实的目标，需要其行走装置能平稳运行，并且能自主行走，即可以自主跟踪预定路径，以实现机器人无人自主作业，所以其行走装置的设计及自动导航控制作为核心技术，也成为了研究热点。本文以磁导引式果蔬采摘机器人为研究对象，对其行走装置进行分析，并设计了一种新型纯滚动式行走装置，在此基础上，依据磁导引传感器工作特性，设计了相应的导引算法，并对该算法进行仿真分析，验证其可行性。最后通过软件功能设计，对机器人自主行走控制装置进行硬软件联合调试，

4、开展实验验证该行走装置的合理性以及控制算法有效性，实现了果蔬采摘机器人纯滚动式转向机构设计及基于电磁导引的路径跟踪功能。论文主要研究工作如下：1．机器人纯滚动式转向机构设计。对现行机器人梯形转向机构进行分析，证明该机构在转向运动过程中，会产生滑动摩擦，影响机器人运行平稳性及轮胎使用寿命。针对此问题，设计了一种新型行走转向机构，通过电动推杆的运用，实时改变前轮横拉杆长度，结合艾克曼转向模型，推导该机构的运动学规律。该机构在任意偏转角下进行转向，四车轮均作纯滚动运动，可减少轮胎磨损，提高机器人运行平稳性。2．基于电磁导引的机器人路径跟踪算法设计与仿真。建立果蔬采摘机器人行走系统运动学模型，并在分

5、析电磁导航传感器工作原理及其分布位置的基础上，选择PID算法作为导引算法。同时，在MATLAB／Simulink平台中建立机器人路径跟踪仿真系统及车体二维可视化模型，通过设定机器人相对于预定路线的不同初始偏离状态，对该算法进行了圆曲线和蛇形路线跟踪仿真，验证算法有效性。3．针对机器人行走系统运动控制的试验研究。根据系统功能要求，进行软硬件设计，实现了机器人导航信息采集，数据显示和自动路径跟踪等功能，以达到系统的基于磁导引的果蔬采摘机器人行走系统运动控制与试验研究界面显示更直观、易操作。通过设定机器人相对于预定路线不同的初始偏差状态(包括左偏、右偏、机器人初始位置不在预定路线上等情况)，进行圆

6、曲线和蛇形路线的跟踪实验，达到系统自动纠偏进行路径跟踪的预期功能，验证了算法的可行性。试验表明机器人运行平稳，在任意初始偏差状态下都能快速跟踪到预定路线，当行走速度在0．1～0．5m／s时，最大转弯半径S1．5m，最大跟踪误差±70mm，直线段稳定状态误差+25rnrn。误差相对较小，在预期误差范围之内，达到了预期设计目的。关键词：采摘机器人，行走系统，电磁导航，运动控制，路径跟踪II江苏大学硕士学位论文AbstractResearchonFruit—pickingRobotbecomearesearchemphasisinthefieldofagdculturalengineeringre

7、centyears．AndtoachievethegoalofFruit—pickingrobotpickingfruitautomatically，firstofall，itrequestthewalkdevicecanrunsmoothly，second，theautonomousnavigationisalsorequired，thanis，itcantrackscheduledpathautomati