喷雾机器人运动控制与重喷漏喷显示

摘要

采用机器人来完成喷雾作业可避免劳动者直接接触农药、减轻农药中毒风险、节省农业劳动力以及降低劳动强度。同时与变量喷雾系统结合实现精确喷雾和自动喷雾可以达到有效利用农药、减少农药用量、减轻环境污染的目的。本课题就履带式喷雾机器人运动控制等方面展开了一系列的研究工作。 根据机器人田间行驶速度的要求和电动机实际控制信号的特点，设计机器人行走速度控制器，由于履带的滑转使得机器人的速度和理论计算值有偏差，结合试验研究了滑转率和负载、速度以及地面情况关系，得出定量关系并用于定位系统中。 履带式机器人的行驶路径主要分为直线和圆形两种，由于地面高低不平，田间情况复杂，机器人的行驶将偏离规划好的航线，根据机组田间运行特点，设计了直线路径跟踪和圆弧跟踪控制器，由于履带式机器人运行的特殊性，设计了路径跟踪模糊控制器，试验结果表明，直线跟踪机器人和小车运行轨迹与理想路径间偏差均在允许最大偏差范围内，圆跟踪误差率和偏差值均较小，左右转向误差率分别在-2.08％～10.56％和-2.96％～9.36％的范围内稳定变化。 根据喷雾机器人工作的特点，采用GPS/DR组合定位方式，GPS和DR子系统分别使用基于模糊自适应算法的扩展卡尔曼滤波器进行局部滤波，并用联合滤波器进行融合，试验表明系统工作稳定可靠，喷幅边缘轨迹的直线性η在0.62～0.81范围内(试验参数取0.5米)，其值均在允许的范围内(小于1，理想值为零)，多次试验后得到重喷宽度、控制器参数X(t)设为0.35米作业时重喷漏喷面积较小，重喷面积为20.24m<'2>，漏喷面积为4.1m<'2>，作业效率较高。 在ADAMS下建立机器人和喷雾小车实体模型，使用实际采集的数据形成曲线驱动机组运动，对机组、喷杆运动和重喷漏喷面域进行显示和分析，在Postpocessor下显示喷幅边缘轨迹偏离理想路径的距离值等数据，并根据轨迹数据可求得喷幅边缘轨迹直线性、重喷漏喷面积以及实际的作业效率等，用来评价实际作业效果，并对其以图形方式输出或以文件形式保存。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1 引言

1.2 农业机器人发展概况

1.3 本课题研究的目的、意义及主要内容

1.4 本章小结

第二章 机器人行走速度控制

2.1试验装置介绍

2.2电机数学模型的建立

2.3 电动机的转速控制

2.3.1 直流电动机PWM调速原理

2.3.2 控制算法的选择

2.4 试验与结果分析

2.5 本章小结

第三章 喷雾机器人运动控制

3.1 引言

3.2 机器人运动学方程

3.3 机器人模糊控制器设计

3.4 控制效果验证

3.4.1 跟踪仿真验证

3.4.2 试验验证

3.5 本章小结

第四章 机器人定位系统与作业试验

4.1 概述

4.2 喷雾机器人定位技术

4.2.1 模糊自适应卡尔曼滤波

4.2.2 GPS/DR 联合滤波

4.3 机组作业试验

4.3.1 试验目的

4.3.2 机组试验设备、仪器

4.3.3 试验过程及试验结果

4.3.4 试验数据处理

4.3.5 试验结果分析

4.3.6 自主喷雾作业生产率

4.4 本章小结

第五章 重喷漏喷显示

5.1 引言

5.2 作业中重喷漏喷显示

5.2.1 模型的建立

5.2.2 重喷漏喷显示

5.3 试验数据处理

5.4 本章小结

第六章 总结

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的主要论文

附录