自主式割草機器人的結(jié)構(gòu)改進與智能控制設計.pdf

1、1 1 I I I l U I I I I I I I I I I I I 1 1 1Y 3 4 3 1 8 5 0兮類號～：[ 1 2 壘蘭．壘一『J DC 一．魚蘭1 ?夠。川太譬Y ：八N G Z ^ 、j0 U N I V E R S I T Y學號．M 圣1 5 f 蝗已密級一??．碩士學位論文( 全目制專業(yè)學位)自主式割草機器人的結(jié)構(gòu)改進與智能控制設計聶慶瑋指導教師姓名：—旦曼差± 塾撞：塹：! ：! ：! 盤堂：

2、望蒸塹劌： 2 2 三1 2 2煎鰱齷壹終三堡塑L 塹盟絲芝E 固鹽墊拯查墮金魚：婆蒸蟄型：2 2 主1 2 ：!申請學位級別：論文提交日期：學位授予單位：碩 士2 0 1 8 年4 月?lián)P州大學笞辯委員會主席：．- 耋’堡態(tài)堂學科專業(yè)名稱： 墊拯王堡論文答辯日期： 2 Q ! 墨主』旦．．一學應授予日期： 2 Q ! 墨生魚鍾2 C l 8 年6 月摘要隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活質(zhì)量不斷提高，中國社會開始進入到重視物質(zhì)精神雙重化追

3、求的現(xiàn)代化社會。正如同美國上世紀9 0 年代園林機械開始發(fā)展一般，未來割草機器人將會在不同場所、不同領(lǐng)域中得到廣泛運用。中國目前雖然有很多研究所和企業(yè)在對割草機器人進行開發(fā)研究，但總體水平不高，很多細節(jié)亟待改進、研究。本文以用戶需求為第一出發(fā)點，以完善自主式割草機器人各項功能為目標，對自主式割草機器人的機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、路徑規(guī)劃等方面進行了深入的開發(fā)研究。首先，在分析了國內(nèi)外常見的割草機器人優(yōu)缺點之后，明確了自主式割草機器人本體設計的

4、要求，建立了自主式割草機器人的運動學、動力學模型，對其結(jié)構(gòu)進行了細化設計，將其分為移動機體結(jié)構(gòu)、割草機構(gòu)、碰撞檢測裝置以及電氣件布局這四大模塊，根據(jù)每個模塊的特點，進行了相關(guān)研究、分析，給出了一套合理可行的方案，并通過有限元模塊進行了相關(guān)驗證。在碰撞檢測模塊中，創(chuàng)新性設計了一套能夠檢測自主式割草機器人前行方向上障礙物的裝置，節(jié)約了部分成本，提高了集成性。其次，根據(jù)目前市場主流的控制系統(tǒng)需求，進行了自主式割草機器人的運行分析，對比了單片機

5、和P L C 的優(yōu)缺點，確定了以信捷P L C 為控制器核心的的自主式割草機器人控制方案，將整個控制系統(tǒng)劃分為了驅(qū)動系統(tǒng)、多元傳感系統(tǒng)、人機交互界面以及路徑規(guī)劃這四個部分，在此基礎(chǔ)之上，從硬件、軟件兩方面入手，對四個部分進行聯(lián)動設計，完成了自主式割草機器人的一般性產(chǎn)品功能，使得對自主式割草機器人的控制簡單化、自動化。然后，以廈門才茂B D —G P S 為對象，研究了G P S 相關(guān)的工作運行原理，分析了幾種覆蓋整個自主式割草機器人工作

6、區(qū)域的全局路徑規(guī)劃方式，提出了G P S 與上位機之間自由通信的算法和基于工業(yè)級G P S 的路徑跟蹤方法，完善了G P S 在自主式割草機器人領(lǐng)域中的相關(guān)應用。最后，制作樣機并進行實驗與分析，和理論形成了對比研究。通過自主式割草機人穩(wěn)定性震動測試，驗證了自主式割草機器人正常工作時穩(wěn)定性。通過自主式割草機器人一般性功能測試分析，評估了移動機體結(jié)構(gòu)、割草機構(gòu)、碰撞檢測裝置的運行情況，為今后的產(chǎn)品改進迭代打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：自主式割草