提高蘋(píng)果采摘機(jī)器人導(dǎo)航精度的方法研究.pdf

1、在農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化過(guò)程中，果實(shí)采摘機(jī)器人逐漸成為研究熱點(diǎn)。目前，利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)器人自主導(dǎo)航研究變得越來(lái)越廣泛、成熟。本文以博創(chuàng)“旅行家IV”移動(dòng)機(jī)器人作為蘋(píng)果采摘機(jī)器人導(dǎo)航研究平臺(tái)，將GPS與姿態(tài)方位參考系統(tǒng)(AHRS)相結(jié)合，以提高導(dǎo)航精度與控制精度為研究重點(diǎn)，對(duì)蘋(píng)果采摘機(jī)器人自主導(dǎo)航進(jìn)行相關(guān)研究。通過(guò)對(duì)自適應(yīng)卡爾曼濾波與變結(jié)構(gòu)抗飽和PID控制進(jìn)行分析，解決了模型不確定性、過(guò)飽和與干擾等問(wèn)題。
　　本文首先對(duì)GP

2、S和AHRS組成的導(dǎo)航系統(tǒng)做了詳細(xì)分析，進(jìn)而對(duì)自適應(yīng)卡爾曼濾波與抗飽和PID控制相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入研究。GPS精度、AHRS精度與PID控制器共同決定了系統(tǒng)導(dǎo)航精度與控制精度。其中，探討分析了一種使用嚴(yán)格收斂判據(jù)條件，結(jié)合Sage_ Husa自適應(yīng)濾波(SHAKF)與強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的自適應(yīng)卡爾曼濾波技術(shù)，具有較好的濾波精度與較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，有效抑制濾波發(fā)散，且解決了數(shù)學(xué)模型和噪聲統(tǒng)計(jì)模型不確定問(wèn)題。利用實(shí)際估計(jì)誤差與理論預(yù)

3、計(jì)誤差作為判定依據(jù)，進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，減少計(jì)算量，保證實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性，擁有很好的濾波精度。其次，利用變結(jié)構(gòu)切換方法來(lái)解決PID控制器積分飽和現(xiàn)象，是一種采用自適應(yīng)變化率實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整積分項(xiàng)的PID控制算法，有效抑制了控制器過(guò)飽和問(wèn)題。由于控制系統(tǒng)受客觀環(huán)境影響，外界干擾長(zhǎng)期存在，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。將改進(jìn)的自適應(yīng)濾波(ISHAKF)與抗飽和變結(jié)構(gòu)PID控制(VSPID)相結(jié)合，既能有效抑制控制干擾，又能實(shí)現(xiàn)抗飽和作用，從而達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與

4、控制精度的目的。
　　文中，第二章對(duì)GPS、AHRS和地圖組成的導(dǎo)航方案進(jìn)行了介紹，并詳細(xì)分析了AHRS的工作原理、磁場(chǎng)干擾以及AHRS校正原理與方法。第三章分析了在工程背景下，卡爾曼濾波在導(dǎo)航技術(shù)中的應(yīng)用;對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了卡爾曼濾波、強(qiáng)跟蹤濾波與自適應(yīng)濾波仿真分析，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的自適應(yīng)濾波提高了GPS精度，解決了模型不確定性問(wèn)題。第四章對(duì)抗飽和PID控制器，及與改進(jìn)的自適應(yīng)濾波器相結(jié)合進(jìn)行了研究，解決了系統(tǒng)在大信號(hào)輸入時(shí)可能出現(xiàn)的