并联移栽机器人运动控制系统设计与研究.pdf

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1、并联移栽机器人运动控制系统设计与研究DesignandResearchontheMotionControlSystemofaParallelTransplantingRobot专YanXiaoyue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。

2、本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：军青)司山I毕年6月30日归●YTV／Jy’H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

3、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口。学位论文作者签名：旱府闩汕J叩年‘月0口日llI江苏大学硕士学位论文摘要设施农业育苗生产中，为满足钵苗对生长空间和养分不断增多的需求，需将其从高密度穴盘移植到低密度穴盘。而钵苗移栽是一项劳动密集型工作，现仍以手工作业为主，效率低且成本高，难以满足集约化育苗生产的需求。所以，迫切需要实现自动化移栽。本研究主要针对高速并联移栽机器人的运动控制系统展开设计与研究。先基于钵苗移栽作业特点，从提高移栽效率和运动平稳性出发，对移栽机器

4、人进行了轨迹规划，提出了一种实现复杂运动规律的移栽轨迹插补拟合算法；然后基于并联移栽机器人的结构组成和工作原理，对其各组成单元的控制系统进行了软硬件设计，并通过系统间运动协调，实现平稳可靠移栽。主要研究内容如下：(1)基于钵苗移栽作业要求，进行了移栽轨迹规划。基于准确定位抓取、快速移苗栽植的作业要求，对取苗爪移栽路径进行了规划设计，提出了垂直升降取苗、植苗，水平快速移动的移栽路径；并从运动平稳性和快速性出发，选取了5次多项式运动规律作为各段移栽轨迹的运动控制函数；通过对比4种不同移栽策略下的移栽路径，优选出了移栽路径

5、最短的移栽方案。(2)提出了一种可实现特定移栽轨迹运动规律的插补拟合算法。基于并联移栽机构运动学逆解模型和移栽轨迹运动规律，通过等时插补、运动学逆解、坐标转换和速度拟合运算，将取苗爪在移栽工作区间内的轨迹运动规律插补拟合为并联移栽机构两主动关节的转动规律，当等时插补时间为4ms时，两主动关节的角速度拟合误差均在．0．21～0．22rad／s范围内，其拟合曲线与理论曲线基本一致，验证了插补拟合方法的可行性。(3)以PLC为核心，结合传感器技术、C编程、开环步进控制技术和闭环伺服控制技术，对并联移栽机器人控制系统进行了设

6、计。基于系统总体构成及钵苗移栽作业要求，对控制系统进行了总体方案设计和运动控制单元选型。针对系统各组成单元的功能性分析，采用模块化设计方法分别对穴盘定位输送系统、取苗末端执行器动作控制系统及并联移栽机构的运动控制系统进行了软硬件设计。然后再对整个系统进行了运动协调控制、程序结构优化和操作界面设计，实现了系统的整体运动协调。(4)基于移栽轨迹规划和插补拟合算法，分别为并联移栽机构的两主动关节T并联移栽机器人运动控制系统设计与研究搭建了基于PID控制的闭环伺服系统。并采用C语言函数功能模块对插补拟合及误差补偿算法进行了程

7、序开发，通过调用插补拟合子程序将取苗爪移栽轨迹各插补点在工作空间上的位移和速度信息转化为能反映并联移栽机构两主动关节角位移和角速度信息的脉冲个数和脉冲频率，然后将此作为控制系统输入，经过PID控制器对并联机构两主动关节伺服驱动电机的转动规律进行控制；同时，增量式编码器将检测到的电机转角信息反馈回系统，实现闭环控制，进而实现5次多项式移栽轨迹运动规律。(5)试验验证。先对穴盘定位输送系统和并联移栽机构运动控制系统的控制精度进行了试验验证，试验结果表明：穴盘定位输送误差在0．59mm～1．79mm范围内，取苗爪在并联移栽

8、机构两主动关节驱动下实现了5次多项式移栽轨迹运动规律，两主动关节的角位移误差均在．0．25。~+0．300之问，满足了移栽定位精度要求。然后对整个系统进行了钵苗移栽性能试验，试验表明采用优选的移栽方案可有效避免夹带取、植苗现象的发生，其移栽成功率达到96．35％以上，移栽效率为46株／分，满足了自动化钵苗移栽作业要求，且系统问运动协调可靠，验证