設(shè)施農(nóng)業(yè)用輪式AGV系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與避障導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用工多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境高溫高濕，研發(fā)自主作業(yè)的移動(dòng)式農(nóng)業(yè)機(jī)器人來(lái)彌補(bǔ)勞動(dòng)力短缺并降低用工成本，具有較大的市場(chǎng)需求和應(yīng)用前景。設(shè)施農(nóng)業(yè)用輪式AGV可作為果實(shí)采摘、搬運(yùn)、施藥、信息探測(cè)的移動(dòng)式搭載平臺(tái)，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，為節(jié)工降本提供了一種有效的解決方案。面向設(shè)施農(nóng)業(yè)的果蔬對(duì)靶噴藥、精準(zhǔn)采摘和搬運(yùn)應(yīng)用需求，研發(fā)實(shí)用的輪式AGV作為移動(dòng)載體，并實(shí)現(xiàn)防碰避障導(dǎo)航行駛，是設(shè)施果蔬生產(chǎn)裝備的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)設(shè)施果蔬生產(chǎn)有著

2、重要的科學(xué)研究意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外農(nóng)用AGV行駛系統(tǒng)和導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以果蔬采摘機(jī)器人項(xiàng)目為依托，集成設(shè)計(jì)了一套設(shè)施農(nóng)業(yè)用輪式AGV行駛系統(tǒng)，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、面向溫室道路和草地路面行駛應(yīng)用需求，為了消除前輪導(dǎo)向AGV存在車輪側(cè)滑問(wèn)題，基于Ackermann轉(zhuǎn)向原理設(shè)計(jì)了一種變長(zhǎng)連桿的雙曲柄轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，基于ADAMS仿真驗(yàn)證了該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性，應(yīng)用ANSYS分析了轉(zhuǎn)向豎軸連接結(jié)構(gòu)體的

3、承載能力。集成設(shè)計(jì)了前輪導(dǎo)向后輪差速驅(qū)動(dòng)的輪式AGV系統(tǒng)，包括AGV整車機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感檢測(cè)模塊、控制模塊與通信模塊。
　　2、通過(guò)推導(dǎo)AGV轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué)模型，建立了考慮轉(zhuǎn)向阻力矩的左、右前輪轉(zhuǎn)向角閉環(huán)控制模型，提出了左、右前輪轉(zhuǎn)向角PID同步控制算法，利用MATLAB仿真轉(zhuǎn)向控制模型的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，獲得了相關(guān)控制參數(shù)。
　　3、以松下PLC為核心，構(gòu)建了由左前輪轉(zhuǎn)向交流伺服電機(jī)、推桿伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和編碼器組成的AGV轉(zhuǎn)向測(cè)控系統(tǒng)

4、，設(shè)計(jì)了前輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同步閉環(huán)控制流程，基于PLC開(kāi)發(fā)了AGV轉(zhuǎn)向與行駛控制程序，實(shí)現(xiàn)AGV純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向行駛。
　　4、開(kāi)展了AGV草地路面原地轉(zhuǎn)向及硬質(zhì)路面S型軌跡轉(zhuǎn)向行駛試驗(yàn)，結(jié)果表明:前輪導(dǎo)向AGV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的左、右前輪期望轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角誤差小于0.1°，AGV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)近似滿足車輪純滾動(dòng)無(wú)側(cè)滑運(yùn)動(dòng)條件，驗(yàn)證了輪式AGV純滾動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)向控制的正確性與有效性，可有效消除前輪導(dǎo)向AGV的車輪側(cè)滑，為輪式AGV在設(shè)施環(huán)境應(yīng)用和輪式

5、拖拉機(jī)等前輪導(dǎo)向車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。
　　5、針對(duì)輪式AGV沿直線壟道循跡受到障礙物威脅的問(wèn)題，按全局預(yù)設(shè)路徑跟蹤和局域軌跡防碰避障2種行駛模式，以AGV橫向位置偏差和航向偏角作為模糊控制器輸入，獲得AGV前輪期望導(dǎo)向角，實(shí)現(xiàn)AGV沿預(yù)設(shè)直線壟道行駛的無(wú)障礙導(dǎo)航。基于滾動(dòng)優(yōu)化原理提出了調(diào)節(jié)航向偏角Δθ和調(diào)節(jié)車速Δv的避障導(dǎo)航策略，設(shè)計(jì)了AGV繞行靜態(tài)障礙物、減速或停車避讓動(dòng)態(tài)障礙物的導(dǎo)航算法?；贚abVIEW平臺(tái)開(kāi)發(fā)了A

6、GV避障導(dǎo)航的測(cè)控程序，實(shí)時(shí)獲取超聲波傳感器、航姿傳感器和編碼器數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)航模型解算，實(shí)現(xiàn)AGV避障導(dǎo)航行駛。
　　6、開(kāi)展了AGV沿直線壟道行駛的避障導(dǎo)航模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明:無(wú)障礙導(dǎo)航算法可導(dǎo)引AGV沿壟道預(yù)設(shè)直線路徑糾偏行駛，防碰避障導(dǎo)航算法可導(dǎo)引AGV避免與壟道上的障礙物發(fā)生碰撞，驗(yàn)證了導(dǎo)航算法的有效性，可為無(wú)人化輪式拖拉機(jī)等前輪導(dǎo)向車輛沿直線壟道循跡的防碰預(yù)警與避障技術(shù)提供參考。
　　最后，總結(jié)了本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處和