欠驅動輪式移動農業(yè)機器人的仿真與控制研究.pdf

1、農業(yè)機器人是農業(yè)工程科學領域發(fā)展的重要方向，屬于多學科融合的、綜合性的、正處于蓬勃發(fā)展和進步中的高新技術。設施農業(yè)的發(fā)展極大推動了智能農業(yè)機械的發(fā)展，農業(yè)機器人逐漸成為農業(yè)智能機械的主攻方向，替代勞動者負責農產品生產管理，提高勞動生產率以及農產品品質，逐漸成為當前國際農業(yè)工程發(fā)展趨勢。
　　本課題在國家自然基金項目“欠驅動輪式移動農業(yè)機器人廣義動力學及實時控制研究”的資助下進行研究。本文主要研究內容包括：
　　查閱大量國內外

2、相關文獻，制定研究總體方案，確定研究技術路線，設計了欠驅動輪式移動農業(yè)機器人的機械硬件系統(tǒng)，機器人本體由輪式移動平臺和前置的6自由度機械臂組成，通過變換末端執(zhí)行器（采摘手，夾持器，噴頭，除草割刀等）可實現功能擴展與實際功能適用。輪式移動平臺主要由車架、后輪驅動機構、前輪轉向機構組成；末端執(zhí)行器則是根據實際作業(yè)要求進行靈活組合；后輪驅動機構采用鏈傳動形式保證車體承載能力，適應惡劣的工作環(huán)境；前輪轉向機構與機械臂底盤轉向機構采用同步帶傳動保

3、證轉向精度；6自由度機械臂是由腰、肩、肘三個宏關節(jié)與3轉動微關節(jié)組成的腕關節(jié)構成，通過伺服電機串聯(lián)減速機獲取足夠力矩驅動機械臂轉動實現以期望的速度、方向沿規(guī)劃軌跡運動。
　　基于Piper法則建立欠驅動輪式農業(yè)機器人的六自由度串聯(lián)機械臂模型，通過D-H參數描述了末端執(zhí)行器相對于基座坐標系的位姿，建立了D-H坐標系下6自由度串聯(lián)機械臂正逆運動學方程，并利用Mathmatica軟件編程予以符號解算，提出了逆解最優(yōu)解選取原則，并在MAT

4、LAB環(huán)境下運用Robotics工具箱仿真模擬機械臂規(guī)避障礙，驗證6自由度機械臂正逆運動學分析的正確性與機構設計的合理性。
　　設計了以STM32為核心的機器人控制系統(tǒng)，采用PID算法以PWM+方向的控制模式實現機器人工作于速度、位置、力矩模式，編制了基于PID算法的下位機控制程序。
　　在Solidworks環(huán)境下完成三維實體建模后，在ADAMS環(huán)境下對欠驅動輪式農業(yè)機器人進行了力矩、速度、角速度仿真，完成了采摘收獲的特定