大棚喷雾作业机器人底盘的设计与研究

论文摘要

自动化喷雾技术是为适应设施农业的要求而在近年来发展起来的一种农业高新技术。本文首先对实地大棚作业环境进行考查,分析了大棚喷雾作业机器人的作业要求,在此基础之上,研制了一种能够自主行走并且避障的大棚喷雾作业机器人的底盘。自主开发了以TMS320LF240X为核心的机器人硬件控制系统,主要包括传感系统、驱动系统和控制系统三部分。路径规划方面,首先介绍了沿墙走的行为策略,然后分析了传统人工势场法存在的三个问题：不可达问题、路径震荡以及局部稳定问题。针对不可达问题,将机器人与目标点的相对距离引入到斥力函数中,构建了新的斥力函数,使机器人能够顺利到达目标点。在路径震荡及局部稳定问题中,引入了沿墙走行为策略,使机器人能够摆脱障碍物的同时,稳定地到达目标点。最后,通过计算机仿真和实际环境的试验,满足了大棚喷雾作业机器人底盘的功能要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 轮式机器人的研究现状
• 1.2.1.1 国外轮式机器人的研究现状
• 1.2.1.2 国内轮式机器人的研究现状
• 1.2.2 农林机器人的研究现状
• 1.2.2.1 国外农林机器人的研究现状
• 1.2.2.2 国内农林机器人的研究现状
• 1.3 路径规划技术
• 1.3.1 全局路径规划
• 1.3.1.1 栅格法
• 1.3.1.2 HOUGH变换
• 1.3.2 局部路径规划
• 1.3.2.1 人工势场法
• 1.3.2.2 模糊逻辑算法
• 1.4 论文主要内容及结构
• 2 机器人底盘机械结构设计
• 2.1 机器人作业环境
• 2.2 移动方式的确定
• 2.2.1 机器人系统的结构形式
• 2.2.2 转向机构
• 2.2.3 驱动方式及车轮的布局
• 2.3 驱动模块的设计
• 2.3.1 驱动电机的选择
• 2.3.2 驱动模块的设计
• 2.4 底板的设计
• 2.5 从动轮的设计
• 2.6 底盘整体结构
• 2.7 小结
• 3 机器人硬件电路设计
• 3.1 主控制板
• 3.1.1 TMS320LF2407A简介
• 3.1.2 DSP软件开发环境
• 3.1.3 接口板的设计
• 3.2 电源
• 3.3 驱动器
• 3.4 传感器
• 3.4.1 定位传感器
• 3.4.2 避障传感器
• 3.4.2.1 避障传感器的安装
• 3.4.2.2 避障传感器的调距
• 3.5 硬件电路布局
• 3.6 小结
• 4 行为控制与路径规划
• 4.1 机器人运动学模型的建立
• 4.2 沿墙走行为
• 4.2.1 沿墙直线行走
• 4.2.2 沿墙外直角弯行走
• 4.2.3 沿墙内直角弯行走
• 4.3 路径规划
• 4.3.1 传统的人工势场法
• 4.3.1.1 人工势场法的基本原理
• 4.3.1.2 传统人工势场法存在的问题
• 4.3.2 基于沿墙走行为的人工势场法
• 4.3.2.1 路径震荡问题
• 4.3.2.2 目标不可达问题
• 4.3.2.3 局部稳定问题
• 4.4 小结
• 5 控制系统软件设计及试验
• 5.1 软件设计
• 5.1.1 程序总体设计
• 5.1.2 串口通信模块
• 5.1.3 I/O资源分配
• 5.1.4 软件流程图
• 5.2 仿真试验
• 5.2.1 不可达问题仿真
• 5.2.1.1 受力分析
• 5.2.1.2 仿真试验
• 5.2.2 局部稳定问题仿真
• 5.3 实际道路试验
• 5.3.1 沿墙走试验
• 5.3.2 路径规划试验
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 致谢