基于純滾動轉(zhuǎn)向的采摘機器人輪式AGV系統(tǒng)設(shè)計與試驗研究.pdf

1、采摘機器人作為農(nóng)業(yè)機器人的一種，有著廣泛的應(yīng)用，它是一種可以完成果蔬采摘、輸運等任務(wù)的柔性自動化機械系統(tǒng)。AGV（Automated Guided Vehicle）作為采摘機器人的導(dǎo)引平臺,輔助采摘機器人進行田間作業(yè)，因此，為了確保采摘機器人平穩(wěn)運行并能自主導(dǎo)航，對AGV系統(tǒng)進行研究有重大的理論意義和經(jīng)濟價值。
　　本文以果蔬采摘機器人項目為背景，結(jié)合國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機器人導(dǎo)航系統(tǒng)和行走系統(tǒng)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，對AGV研究過程中的關(guān)鍵問題

2、及解決方法進行了討論。在此理論基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套完整的輪式AGV系統(tǒng)，輔助果蔬采摘機器人完成自主化采摘和運輸任務(wù)。本論文的主要研究工作如下：
　　首先，本文比較了各種導(dǎo)航方式優(yōu)缺點，選擇輪式AGV的導(dǎo)引方式為磁帶導(dǎo)引。在此基礎(chǔ)上，分析了不同輪系結(jié)構(gòu)和輪系布局的特點，選擇兩前輪轉(zhuǎn)向、兩后輪差速驅(qū)動的布局方式，并針對傳統(tǒng)梯形轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輪式AGV在轉(zhuǎn)向過程中存在的橫向滑移和輪胎磨損現(xiàn)象，設(shè)計了一種純滾動轉(zhuǎn)向裝置，利用電動推桿實時改變前輪

3、轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的橫拉桿長度，使行走裝置符合阿克曼運動模型，轉(zhuǎn)向輪在地面做純滾動運動。
　　其次，構(gòu)建了輪式AGV控制系統(tǒng)，包括電源模塊、PLC控制器模塊、驅(qū)動模塊、障礙物距離檢測模塊和磁導(dǎo)航傳感器模塊。針對路徑跟蹤過程中傳統(tǒng)單磁導(dǎo)引技術(shù)不能測量出AGV角度偏差，從而產(chǎn)生了糾偏方向不確定性的問題，搭建了雙磁導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)。根據(jù)建立的純滾動轉(zhuǎn)向和差速驅(qū)動運動學模型以及磁導(dǎo)航傳感器工作特性，以PID控制為控制原則，設(shè)計了相應(yīng)的路徑跟蹤算法，

4、根據(jù)反饋的當前位置和角度偏差作為PID控制器的輸入，前輪期望轉(zhuǎn)角和車體期望速度作為輸出，并對該算法進行仿真分析，驗證了雙磁導(dǎo)引傳感器系統(tǒng)設(shè)計的合理性和路徑跟蹤算法設(shè)計的有效性。
　　最后，通過FPWIN Pro軟件對輪式AGV系統(tǒng)功能進行程序設(shè)計，并進行硬軟件聯(lián)合調(diào)試，利用樣機設(shè)計并進行了純滾動轉(zhuǎn)向、差速驅(qū)動、最小轉(zhuǎn)彎半徑和圓曲線路徑跟蹤試驗。試驗表明，瞬心點偏距PP′最大誤差為5.17mm，該AGV行駛過程中車身無抖動現(xiàn)象，且無