履帶式農(nóng)業(yè)移動機(jī)器人自主跟隨控制系統(tǒng)研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平是衡量一個國家綜合國力的重要指標(biāo)。隨著“十二五”規(guī)劃綱要對發(fā)展新型高效農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備要求的提出，圍繞如何減少人力資源投入、提高工作效率、降低成本的目的，本文提出一種履帶式農(nóng)業(yè)移動機(jī)器人自主跟隨方案，結(jié)合農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境，研究一種基于GPS系統(tǒng)與AHRS系統(tǒng)為基礎(chǔ)的自主跟隨控制系統(tǒng)，實現(xiàn)一個農(nóng)機(jī)駕駛員可以同時操控多臺農(nóng)機(jī)來完成相同或不同的作業(yè)要求，為未來實現(xiàn)耕作環(huán)境下的履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)械自主跟隨作業(yè)提供研究基礎(chǔ)。

2、本課題通過自主改裝兩輛履帶式移動機(jī)器人，搭建自主跟隨控制系統(tǒng)試驗平臺，深入研究了方案的可行性。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)完成系統(tǒng)的總體方案設(shè)計。首先通過研究農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境，對比分析國內(nèi)外不同自主跟隨方案，提出了一種基于GPS系統(tǒng)與AHRS系統(tǒng)為基礎(chǔ)的自主跟隨控制系統(tǒng)方案。
　　(2)自主跟隨控制系統(tǒng)理論分析。重點(diǎn)闡述了方案中GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)、姿態(tài)航向參考系統(tǒng)的基本原理、主要誤差以及姿態(tài)算法;分析了農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境對GPS導(dǎo)航

3、定位的影響，利用桿臂效應(yīng)，設(shè)計了導(dǎo)航定位修正系統(tǒng);研究了履帶式移動機(jī)器人的速度控制算法。
　　(3)提出基于ANFIS的前視距離自適應(yīng)自主跟隨算法。進(jìn)行了農(nóng)機(jī)作業(yè)路徑的規(guī)劃，建立了履帶式移動機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型;對比分析不同路徑跟隨算法，構(gòu)建了純追蹤模型;結(jié)合神經(jīng)模糊控制(ANFIS)思想，設(shè)計了一種基于ANFIS的前視距離自適應(yīng)自主跟隨算法，并運(yùn)用Matlab/Simulink對控制算法進(jìn)行仿真試驗，達(dá)到了良好效果。
　　(4

4、)完成自主跟隨控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與軟件開發(fā)。以兩臺履帶式移動機(jī)器人為基礎(chǔ)建立了自主跟隨試驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了履帶式移動機(jī)器人各子系統(tǒng)硬件選型及設(shè)計;接著通過Keil MDK5編程，采用模塊化的程序設(shè)計思路完成了自主跟隨控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。
　　(5)完成自主跟隨控制系統(tǒng)試驗研究。首先進(jìn)行了界面顯示、GPS模塊接收試驗、AHRS系統(tǒng)測量試驗;接著以自主跟隨控制系統(tǒng)試驗平臺為基礎(chǔ)，設(shè)計了直線路徑跟隨試驗與轉(zhuǎn)彎路徑跟隨試驗。試驗結(jié)