基于純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向的采摘機(jī)器人輪式AGV系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究.pdf

1、采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)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(yùn)等任務(wù)的柔性自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)。AGV（Automated Guided Vehicle）作為采摘機(jī)器人的導(dǎo)引平臺(tái),輔助采摘機(jī)器人進(jìn)行田間作業(yè)，因此，為了確保采摘機(jī)器人平穩(wěn)運(yùn)行并能自主導(dǎo)航，對(duì)AGV系統(tǒng)進(jìn)行研究有重大的理論意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　本文以果蔬采摘機(jī)器人項(xiàng)目為背景，結(jié)合國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)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(duì)AGV研究過程中的關(guān)鍵問題

2、及解決方法進(jìn)行了討論。在此理論基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套完整的輪式AGV系統(tǒng)，輔助果蔬采摘機(jī)器人完成自主化采摘和運(yùn)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(diǎn)，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(diǎn)，選擇兩前輪轉(zhuǎn)向、兩后輪差速驅(qū)動(dòng)的布局方式，并針對(duì)傳統(tǒng)梯形轉(zhuǎn)向機(jī)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(jì)了一種純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置，利用電動(dòng)推桿實(shí)時(shí)改變前輪

3、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的橫拉桿長(zhǎng)度，使行走裝置符合阿克曼運(yùn)動(dòng)模型，轉(zhuǎn)向輪在地面做純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
　　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(dòng)模塊、障礙物距離檢測(cè)模塊和磁導(dǎo)航傳感器模塊。針對(duì)路徑跟蹤過程中傳統(tǒng)單磁導(dǎo)引技術(shù)不能測(cè)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(dòng)轉(zhuǎn)向和差速驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)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(jì)了相應(yīng)的路徑跟蹤算法，

4、根據(jù)反饋的當(dāng)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(duì)該算法進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了雙磁導(dǎo)引傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和路徑跟蹤算法設(shè)計(jì)的有效性。
　　最后，通過FPWIN Pro軟件對(duì)輪式AGV系統(tǒng)功能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并進(jìn)行硬軟件聯(lián)合調(diào)試，利用樣機(jī)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向、差速驅(qū)動(dòng)、最小轉(zhuǎn)彎半徑和圓曲線路徑跟蹤試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，瞬心點(diǎn)偏距PP′最大誤差為5.17mm，該AGV行駛過程中車身無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，且無(wú)