果樹采摘機器人控制與避障技術(shù)研究.pdf

1、果園收獲作業(yè)機械化、自動化是廣大果農(nóng)們關(guān)注的熱點問題，開展果樹采摘機器人研究，不僅對于適應(yīng)市場需求、降低勞動強度、提高經(jīng)濟效率有著一定的現(xiàn)實意義，而且對于跟蹤世界農(nóng)業(yè)新技術(shù)、促進我國農(nóng)業(yè)科技進步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程有著重大的歷史意義。 果樹采摘機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)，它是由機械手固定在履帶式移動平臺上構(gòu)成的一類特殊的移動機器人系統(tǒng)。本文在國家“863”高技術(shù)項目“果樹采摘

2、機器人關(guān)鍵技術(shù)研究”支持下，以自行設(shè)計的機器人機械結(jié)構(gòu)為研究對象，對果樹采摘機器人的控制系統(tǒng)進行了分析、研究和設(shè)計，設(shè)計了視覺伺服控制器，并對采摘機器人避障技術(shù)進行了探討。主要工作如下： 首先，分析了果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)，介紹了機器人運動學(xué)理論，根據(jù)自行設(shè)計的5自由度機械臂機械特性，采用幾何結(jié)構(gòu)算法，建立了果樹采摘機器人機械臂的正、逆運動學(xué)方程。 其次，基于開放、先進和可靠的考慮，采用開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計機器人的控制系統(tǒng)。在

3、開放式控制系統(tǒng)設(shè)計中，主要對果樹采摘機器人硬件組成部分主控計算機、運動控制器、數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型設(shè)計。在分析果樹采摘機器人工作環(huán)境和工作特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了果樹采摘機器人的外圍傳感器。 再次，根據(jù)果樹采摘機器人機械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計了PID控制器，應(yīng)用于機器人視覺伺服控制，實現(xiàn)果樹采摘機器人的實時控制。在詳細論述關(guān)節(jié)式機器人避障方法的基礎(chǔ)上，對果樹采摘機器人避障方法進行了初步的探討，提出了采用C—空間法實現(xiàn)采摘機器