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《果蔬采摘機器人行走運動控制系統(tǒng)設計_基于磁導引》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、2015年6月農(nóng)機化研究第6期果蔬采摘機器人行走運動控制系統(tǒng)設計—基于磁導引陳姍姍，尹建軍，陳樹人(江蘇大學現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術教育部重點實驗室，江蘇鎮(zhèn)江212013)摘要:為實現(xiàn)果蔬采摘機器人作業(yè)時自主行走，研究采用磁導引技術和PID算法等實現(xiàn)對預定路徑的跟蹤。以磁導引傳感器作為導航傳感器，在果蔬采摘機器人平臺上搭建轉向控制機構，依據(jù)磁導引傳感器工作特性，提出PID算法作為導引算法。根據(jù)導引傳感器得到機器人當前位置相對于導引磁條的距離偏差，作為PID控制器的輸入，將機器人前輪期望轉角和車體期望速度作為輸出，在MatLab中對算法進行圓曲線跟蹤仿真。仿真結果表明:機器人可快速跟蹤
2、到預定路線，跟蹤誤差在±30mm以內，直線段穩(wěn)定狀態(tài)誤差在±5mm以內。關鍵詞:果蔬采摘機器人;電磁導引;PID算法;行走系統(tǒng);路徑跟蹤中圖分類號:TP24文獻標識碼:A文章編號:1003－188X(2015)06－0081－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.06.0200引言1果蔬采摘機器人平臺設計果蔬采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，是整個果蔬生產(chǎn)1．1平臺結構過程中消耗精力與時間最多的一環(huán)，需投入的勞動力果蔬采摘機器人平臺由抓取裝置、控制系統(tǒng)、視［1］占全部生產(chǎn)流程40%以上。目前，關于機器人行覺定位和導航系統(tǒng)，行走系統(tǒng)等構成，如圖1所示。走自主導引系
3、統(tǒng)雖然有了一定的研究，但還遠不能應用于實際工作環(huán)境中。1950年，由美國首次研制出來電磁導航技術，因為其控制簡單、抗干擾能力強和應［2］用年限長，得到了廣泛的發(fā)展。日本研制的磁導引式果蔬自主植保機，在工作環(huán)境中安設磁條，實現(xiàn)機［3］器人在果園內沿磁條自主行走。中國農(nóng)業(yè)大學的宋健基于電磁導引方式，開發(fā)了多種磁導引式農(nóng)業(yè)噴藥機器人。實驗表明，該導引方式下的機器人在直線跟蹤和地頭轉向時實驗效果良好，但還不能在實際中［4］運用。開展基于磁導引的果蔬采摘機器人運動控制研究對于農(nóng)業(yè)設備智能化研究以及精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展都具有重要意義。為此，綜合自動控制、傳感器技術、智能控制算圖1果蔬采摘機器人平
4、臺法，設計開發(fā)了一套基于磁導引的果蔬采摘機器人行Fig．1Fruit－pickingrobotplatform走運動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)果蔬采摘機器人對預定路徑的1．2行走系統(tǒng)硬件平臺設計跟蹤。磁導引行走系統(tǒng)模塊分布圖如圖2所示，硬件設計如圖3所示。系統(tǒng)采用的PLC模塊是松下的FPG－PN4AN模塊，配備擴展單元FP0－E32T和FPG－收稿日期:2014－06－22基金項目:國家高技術研究發(fā)展計劃項目(2010AA101402);江蘇高校C24Ｒ;外圍電路包括傳感器檢測模塊、電機驅動模塊、優(yōu)勢學科建設項目(蘇財教(2011)8號)轉向控制模塊和電動推桿控制模塊。作者簡介:陳珊珊(1
5、989－)，女，安徽安慶人，碩士研究生，(E－mail)工作時，主控器PLC實時采集磁導引傳感器信chenshanshan504@126．com。通訊作者:陳樹人(1965－)，男，湖南攸縣人，教授，(E－mail)srchen@息，并將導航信息發(fā)送給上位機。上位機通過Lab-mail．ujs．edu．cn。VIEW軟件對采集到的信息進行分析處理，然后將控·81·2015年6月農(nóng)機化研究第6期制指令傳送給PLC控制器。由PLC系統(tǒng)根據(jù)控制指cosα0éùéù令對執(zhí)行機構(即轉向和左右驅動電機)進行控制，結·êsinαúê0úT=êúvb+êúωm(1)合電動推桿的控制，實現(xiàn)機器
6、人基于電磁導航的前輪êtanδ/Lúê0ú????自動糾偏轉向和后輪差速轉動。01其中，vb為車體中心線速度，ωm為中心線處的角速度。1．超聲波傳感器2．磁導引傳感器3．隨動輪4．轉向連桿機構5．右后輪驅動電機6．右驅動輪圖4簡化車輛模型7．減速器18．左后輪驅動電機9．減速器210．左驅動輪Fig．4Simplifiedvehiclemodel11．轉向輪驅動電機12．減速器313．轉向輪圖2磁導引行走系統(tǒng)模塊分布圖2導引控制系統(tǒng)設計Fig．2Magneticnavigationrunningsystemmodeldistributiondiagram2．1系統(tǒng)原理機器人電磁
7、導航的控制結構是以PLC和上位機為主控中心，由左前輪轉角、左右后輪轉速和路徑檢測組成的一個閉環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的輸入是車體運動軌跡與導線比較后確定的車體姿態(tài)偏差，通過控制算法確定中心線期望轉角和后輪轉速，并轉化為左前輪電機、電動推桿和左右后輪電機控制量，輸出控制前輪轉角、電動推桿行程和后輪轉速。導引控制系統(tǒng)原理圖如圖5所示。圖3行走控制系統(tǒng)硬件設計圖5控制系統(tǒng)原理圖Fig．3DesignofwalkingcontrolsystemhardwareFig．5Controlsystemblockdi
