【摘要】：近年來(lái),隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展,以及解決三農(nóng)問(wèn)題的迫切要求,拖拉機(jī)作為主要農(nóng)業(yè)機(jī)械,使用量日益增加,但我國(guó)拖拉機(jī)的自動(dòng)化和智能化發(fā)展卻相對(duì)滯后,全天候自主導(dǎo)航作業(yè)的智能拖拉機(jī)尚處于技術(shù)攻堅(jiān)階段。本文主要面向中小型馬力拖拉機(jī)設(shè)計(jì)了一種拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人,通過(guò)駕駛機(jī)器人各機(jī)械手/腿的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)拖拉機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)控制。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)提出一種新穎的拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人,設(shè)計(jì)拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu),分別對(duì)駕駛機(jī)器人的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì),并對(duì)要求較高的換擋機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,采用ADAMS工具對(duì)換擋機(jī)械手進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,對(duì)比優(yōu)化前后換擋機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能,并協(xié)同離合器作用進(jìn)行優(yōu)化后換擋機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)仿真。(2)基于VS/LabVIEW軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng),通過(guò)ActiveX技術(shù)建立友好的人機(jī)交互界面,控制拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人各機(jī)械手/腿的柔順運(yùn)動(dòng),以及各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的力/力矩,位移/角度的實(shí)時(shí)采集。(3)重點(diǎn)對(duì)換擋機(jī)械手的控制方法進(jìn)行研究,提出基于動(dòng)態(tài)參數(shù)辨識(shí)的換擋機(jī)械手模糊自適應(yīng)控制算法,首先通過(guò)滑動(dòng)最小二乘法進(jìn)行機(jī)械手“力-位置”模型的參數(shù)辨識(shí),其次采用模糊控制器實(shí)現(xiàn)換擋機(jī)械手的模糊自適應(yīng)控制,并通過(guò)力信號(hào)的小波入位檢測(cè)判斷換擋手柄是否成功入位。構(gòu)建基于力反饋的換擋機(jī)械手模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng),通過(guò)模糊控制器對(duì)PID參數(shù)的實(shí)時(shí)自整定,提高換擋機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)平順性。(4)為實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人對(duì)給定速度的實(shí)時(shí)跟蹤,提出一種模糊/PID動(dòng)態(tài)切換控制方法,該方法根據(jù)所設(shè)定的切換律在系統(tǒng)與預(yù)設(shè)曲線偏差較大時(shí)采用模糊控制策略,在偏差較小時(shí)采用PID控制策略,從而實(shí)現(xiàn)在固定擋位下對(duì)油門(mén)機(jī)械腿的精確控制,實(shí)現(xiàn)良好的速度跟蹤。(5)對(duì)研制的拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人原理樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分別進(jìn)行了換擋實(shí)驗(yàn)和速度跟蹤實(shí)驗(yàn)。研究傳統(tǒng)PID控制、模糊自適應(yīng)控制、模糊自適應(yīng)PID控制等不同控制策略,探究拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人的換擋特性;通過(guò)模糊/PID動(dòng)態(tài)切換控制方法,研究拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人速度跟蹤控制特性。研究表明模糊自適應(yīng)PID控制方法的換擋穩(wěn)態(tài)誤差在6%以內(nèi),動(dòng)態(tài)切換控制方法的車(chē)速跟蹤誤差在1Km/h以內(nèi),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制方法的有效性和精確性。論文面向拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及實(shí)時(shí)作業(yè)環(huán)境,開(kāi)展了拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人的研究,包括駕駛機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械手力學(xué)分析以及相關(guān)控制方法等,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性,為機(jī)器人技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合提供了一種思路,對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242;S219
【圖文】：

人可實(shí)現(xiàn)人類駕駛員的一系列駕駛?cè)蝿?wù)，駕駛舒適度以及沖擊強(qiáng)度的檢測(cè)。駕駛機(jī)器逡逑人己成為相對(duì)獨(dú)立的機(jī)器人系統(tǒng)，由換擋機(jī)械手、油門(mén)機(jī)械腿、制動(dòng)機(jī)械腿、離合機(jī)逡逑械腿以及轉(zhuǎn)向機(jī)械手五個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，每一個(gè)機(jī)械手／腿都可以單獨(dú)安裝到機(jī)器人本體上逡逑并完成相應(yīng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)［，３］。當(dāng)下國(guó)外公司己制造出不同類型的駕駛機(jī)器人，并己投放逡逑于市場(chǎng)，日本邋ＨＯＲＩＢＯ、Ｎｉｓｓａｎ邋Ｍｏｔｏｒ、ＡＵＴＯＭＡＸ、Ｈｏｒｉｂａ、Ｎｉｓｓａｎ邋Ｍｏｔｏｒ邋公司，德逡逑國(guó)邋ＳＣＨＥＮＣＫ、ＳＴＡＨＬＥ、ＷＩＴＴ邋公司，英國(guó)邋ＭＩＲＡ、ＦｒｏｕｄｅＣｏｎｓｉｎｅ邋公司，比利時(shí)的逡逑Ｋａｔｈｏｌｉｅｋｅ大學(xué)均擁有此技術(shù)［１４］。逡逑比如，德國(guó)ＳＴＡＨＬＥ公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的駕駛機(jī)器人（圖１－１），日本Ｈｏｒｉｂａ公司逡逑ＡＤＳ－７０００駕駛機(jī)器人（圖１－２），邋Ｃｈｒｙｓｌｅｒ公司研制的駕駛機(jī)器人（圖１－３）均由執(zhí)行逡逑機(jī)構(gòu)、電機(jī)模塊單元、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的通訊接口構(gòu)成，其中電機(jī)模塊單元可逡逑接收輸入信號(hào)，例如角度、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，并對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)控制逡逑相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角，達(dá)到駕駛功能；其中電機(jī)模塊單元可與工業(yè)控制計(jì)逡逑算機(jī)相互通訊。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)提供友好的人機(jī)交互界面，可視化控制單元傳來(lái)的數(shù)逡逑據(jù)，并可發(fā)送指令傳遞給控制器。逡逑

逑瞧渥逡逑圖１－２邋ＡＤＳ－７０００駕駛機(jī)器人邐圖丨－３邋Ｃｈｒｙｓｌｅｒ公司駕駛機(jī)器人逡逑Ｆｉｇ．邋１邋－２邋ＡＤＳ－７００邋ｒｏｂｏｔ邋ｄｒｉｖｅｒ邋ｏｆ邋Ｈｏｒｉｂａ邐Ｆｉｇ．邋１邋－３邋Ｒｏｂｏｔ邋ｄｒｉｖｅｒ邋ｏｆ邋Ｃｈｒｙｓｌｅｒ逡逑英國(guó)ＡＢＤ公司和日本ＨＯＲＩＢＯ公司生產(chǎn)的駕駛機(jī)器人根據(jù)汽車(chē)操縱機(jī)構(gòu)命名，逡逑包括轉(zhuǎn)向機(jī)械手機(jī)器人、制動(dòng)機(jī)械腿機(jī)器人、換擋機(jī)械手機(jī)器人，它們可以單獨(dú)安裝逡逑在實(shí)驗(yàn)車(chē)輛上進(jìn)行操縱機(jī)構(gòu)的單一控制，也可統(tǒng)一固定安裝于基座上，施加相應(yīng)控制逡逑策略，實(shí)現(xiàn)各機(jī)械手／腿的協(xié)調(diào)控制，完成一系列駕駛操作［１５］。英國(guó)ＡＢＤ公司設(shè)計(jì)研逡逑發(fā)的ＡＢＤ邋ＳＲ６０邋Ｔｏｒｕｓ圓環(huán)體轉(zhuǎn)向機(jī)器人（圖１－４），利用一直徑空心機(jī)構(gòu)把轉(zhuǎn)向執(zhí)行逡逑器夾在汽車(chē)方向盤(pán)上，使方向盤(pán)上的氣囊可放在原處不動(dòng)，避免了拆卸原有的方向盤(pán)逡逑或使方向盤(pán)氣囊失效，保證了汽車(chē)的安全性，同時(shí)也減少了設(shè)置時(shí)間｜１６］。另外，轉(zhuǎn)向逡逑電機(jī)使用了軸承摩擦非常低的直驅(qū)連續(xù)旋轉(zhuǎn)無(wú)刷電機(jī)

拖拉機(jī)駕駛機(jī)器人設(shè)計(jì)及換擋機(jī)械手控制方法研究器人（圖１－５）可控制車(chē)輛制動(dòng)踏板的開(kāi)度，用于車(chē)腿末端執(zhí)行器可向制動(dòng)踏板施加一定的力或位移輸提高機(jī)械腿柔性，提高制動(dòng)踏板的運(yùn)動(dòng)平順性，減少安裝有加速度傳感器作為反饋來(lái)控制車(chē)輛減速，采用腿和轉(zhuǎn)向機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)大量、重復(fù)、精確的汽車(chē)實(shí)驗(yàn)，究［１９］。該制動(dòng)機(jī)械腿機(jī)器人主要用于，閉環(huán)車(chē)速力／位檢測(cè)；多機(jī)械手協(xié)調(diào)控制。逡逑

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