基于超声波传感器的轮式喷药机器人移动控制系统研究

基于超声波传感器的轮式喷药机器人移动控制系统研究

论文摘要

为了避免劳动者直接接触农药、减轻农药中毒风险、节约农业劳动力以及降低劳动强度,本文设计了一种基于超声波传感器的轮式喷药机器人。本课题就轮式喷药机器人的机械电气结构、运动控制以及避障控制等方面展开了一系列的研究工作。根据果园里移动机器人的要求本文设计了前轮导向、后轮驱动的三轮式喷药机器人的机械结构;导向和驱动采用独立电机,其中导向使用步进电机控制,行进使用无刷直流电机控制。根据无刷直流电机转速控制实验得到转速和控制电压的函数关系,通过分析得出无刷直流电机在启动和调速过程中存在一定的震荡,为了消除这一现象并增强系统的抗干扰能力,采川鲁棒控制器对无刷直流电机进行稳速控制。通过MATLAB软件进行抗干扰性能的仿真,验证了鲁棒控制可以增强无刷直流电机稳速控制的鲁棒性。对步进电机的控制,本文采用了增量式PID算法,增加了系统的稳定性。通过MATLAB软件仿真,这种方法比普通的PID控制方法精度高、超调量小,一定程度上避免了扰动对系统的冲击。根据果园环境以及机器人的特点采用了一种简单、有效的算法将超声波传感器获取的数据进行融合,ARM7 LPC2148根据融合结果判断机器人所处的环境,做出相应的决策,实现障碍物的探测,从而使机器人实现避障行进。根据超声波测距数据以及果园植株特点,提出了一种“S型曲线”算法,有效地控制了轮式机器人的转弯行进,使得机器人在避障时能够平稳运行。结合无刷直流电机、步进电机以及超声波避障的控制算法,对系统进行了硬件和软件的研究,通过实验证明,各项数据均达到设计要求,系统运行稳定、可靠,具有良好的控制效果。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 文献综述
  • 1.1 国内外机器人研究现状
  • 1.2 国内外轮式机器人研究现状
  • 1.3 国内外农业机器人研究现状
  • 1.4 国内外机器人移动控制研究现状
  • 1.5 移动机器人的发展趋势
  • 1.6 课题的研究背景和意义
  • 第2章 引言
  • 第3章 移动机器人的体系结构
  • 3.1 机器人小车机械结构
  • 3.2 机器人小车电气结构
  • 3.3 直流伺服机构
  • 第4章 控制算法研究
  • 4.1 无刷直流电机稳速控制算法及仿真
  • 4.2 步进电机控制算法及仿真
  • 4.3 超声波避障控制算法
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 超声波测距电路设计
  • 5.1 超声波测距原理
  • 5.2 超声波测距电路设计
  • 5.3 超声波信号处理电路
  • 5.4 本章小结
  • 第6章 轮式机器人控制系统软件设计
  • 6.1 软件设计总体概述
  • 6.2 超声测距的软件实现
  • 6.3 行进子程序的软件实现
  • 6.4 转向子程序的软件实现
  • 6.5 本章小结
  • 第7章 试验结果与分析
  • 7.1 直流电机转速控制测试
  • 7.2 超声波信号波形测试
  • 7.3 超声波测距误差分析
  • 7.4 轮式机器人避障测试
  • 第8章 结论与建议
  • 8.1 研究工作总结
  • 8.2 工作展望
  • 参考文献
  • 附录Ⅰ 电路板及整机照片
  • 附录Ⅱ 超声波测距数据
  • 致谢
  • 发表论文及参加课题一览表
  • 相关论文文献

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