设施农业用轮式AGV系统集成设计与避障导航技术研究
发布时间：2023-04-26 19:04
设施农业生产用工多,劳动强度大,作业环境高温高湿,研发自主作业的移动式农业机器人来弥补劳动力短缺并降低用工成本,具有较大的市场需求和应用前景。设施农业用轮式AGV可作为果实采摘、搬运、施药、信息探测的移动式搭载平台,是精准农业的一项核心关键技术,为节工降本提供了一种有效的解决方案。面向设施农业的果蔬对靶喷药、精准采摘和搬运应用需求,研发实用的轮式AGV作为移动载体,并实现防碰避障导航行驶,是设施果蔬生产装备的发展趋势,对设施果蔬生产有着重要的科学研究意义与应用价值。本文在总结国内外农用AGV行驶系统和导航技术研究现状的基础上,以果蔬采摘机器人项目为依托,集成设计了一套设施农业用轮式AGV行驶系统,主要研究内容如下:1、面向温室道路和草地路面行驶应用需求,为了消除前轮导向AGV存在车轮侧滑问题,基于Ackermann转向原理设计了一种变长连杆的双曲柄转向系统,基于ADAMS仿真验证了该转向机构设计的正确性,应用ANSYS分析了转向竖轴连接结构体的承载能力。集成设计了前轮导向后轮差速驱动的轮式AGV系统,包括AGV整车机械结构、传感检测模块、控制模块与通信模块。2、通过推导AGV转向动力学...
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释说明清单
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 农用轮式AGV行驶系统的国内外研究现状
1.3 农用轮式AGV感知定位、导航技术的研究现状
1.4 论文的主要研究内容
第二章 前轮导向后轮差速驱动的轮式AGV系统设计
2.1 轮式AGV纯滚动行驶系统总体结构设计
2.2 轮式AGV纯滚动转向系统与后轮电子差速驱动系统设计
2.2.1 纯滚动转向机构设计
2.2.2 轮式AGV电子差速驱动系统设计
2.2.3 基于ADAMS的轮式AGV纯滚动转向与行驶动力学仿真
2.2.4 基于ANSYS的AGV转向竖轴连接结构体强度分析
2.3 轮式AGV行驶系统的传感检测设计
2.3.1 障碍物距离检测模块
2.3.2 航向角检测模块
2.4 轮式AGV行驶控制系统硬件设计
2.5 本章小结
第三章 前轮导向后轮驱动的轮式AGV无侧滑转向控制研究
3.1 基于转向动力学的AGV纯滚动转向控制模型
3.1.1 前轮纯滚动转向与差速驱动控制原理
3.1.2 转向机构动力学建模[144]
3.1.3 交流伺服电机数学模型
3.1.4 伺服电动推杆数学模型
3.2 AGV转向控制系统仿真分析
3.2.1 左前轮闭环控制系统仿真
3.2.2 右前轮闭环控制系统仿真
3.3 AGV转向系统同步控制方法与实现
3.4 本章小结
第四章 轮式AGV沿直线垄道行驶的防碰避障导航算法与仿真
4.1 避障导航问题描述与分析
4.2 AGV沿直线垄道行驶的无障碍导航算法
4.2.1 基于超声波测距的垄道边界探测
4.2.2 基于航姿传感器的AGV航向角检测
4.2.3 基于模糊控制器的AGV前轮期望导向角
4.2.4 AGV沿垄道行驶的运动学模型
4.3 AGV沿直线垄道行驶的防撞避障导航算法
4.3.1 基于滚动优化原理的路径规划
4.3.2 障碍物判别及轨迹预测
4.3.3 AGV防撞避障策略
4.4 AGV避障算法仿真与分析
4.4.1 模糊控制轨迹跟踪仿真
4.4.2 防碰避障算法的仿真分析
4.5 本章小结
第五章 轮式AGV纯滚动转向行驶与避障导航算法实现
5.1 基于PLC的AGV转向与行驶控制程序设计
5.1.1 PLC编程环境介绍
5.1.2 AGV行驶控制程序设计
5.2 基于LabVIEW的AGV避障导航程序设计
5.2.1 LabVIEW概述及软件总体结构设计
5.2.2 数据采集模块
5.2.3 导航避障算法程序设计
5.2.4 工控机与PLC通信模块
5.3 本章小结
第六章 轮式AGV系统的行驶控制与避障导航试验研究
6.1 AGV避障控制系统设计
6.2 AGV行驶系统试验与分析
6.2.1 AGV纯滚动转向系统草地路面原地转向试验
6.2.2 纯滚动转向AGV硬质路面沿S型轨迹转向试验
6.3 AGV沿直线垄道行驶的避障模拟试验
6.3.1 AGV依次绕行2个大间距障碍物试验
6.3.2 AGV连续绕行2个小间距静态障碍物试验
6.3.3 AGV绕行1个静态障碍物并躲避1个动态障碍物试验
6.4 本章小结
第七章 工作总结与研究展望
7.1 工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
读博期间参加的科研工作与取得的成果
本文编号：3802045
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释说明清单
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 农用轮式AGV行驶系统的国内外研究现状
1.3 农用轮式AGV感知定位、导航技术的研究现状
1.4 论文的主要研究内容
第二章 前轮导向后轮差速驱动的轮式AGV系统设计
2.1 轮式AGV纯滚动行驶系统总体结构设计
2.2 轮式AGV纯滚动转向系统与后轮电子差速驱动系统设计
2.2.1 纯滚动转向机构设计
2.2.2 轮式AGV电子差速驱动系统设计
2.2.3 基于ADAMS的轮式AGV纯滚动转向与行驶动力学仿真
2.2.4 基于ANSYS的AGV转向竖轴连接结构体强度分析
2.3 轮式AGV行驶系统的传感检测设计
2.3.1 障碍物距离检测模块
2.3.2 航向角检测模块
2.4 轮式AGV行驶控制系统硬件设计
2.5 本章小结
第三章 前轮导向后轮驱动的轮式AGV无侧滑转向控制研究
3.1 基于转向动力学的AGV纯滚动转向控制模型
3.1.1 前轮纯滚动转向与差速驱动控制原理
3.1.2 转向机构动力学建模[144]
3.1.3 交流伺服电机数学模型
3.1.4 伺服电动推杆数学模型
3.2 AGV转向控制系统仿真分析
3.2.1 左前轮闭环控制系统仿真
3.2.2 右前轮闭环控制系统仿真
3.3 AGV转向系统同步控制方法与实现
3.4 本章小结
第四章 轮式AGV沿直线垄道行驶的防碰避障导航算法与仿真
4.1 避障导航问题描述与分析
4.2 AGV沿直线垄道行驶的无障碍导航算法
4.2.1 基于超声波测距的垄道边界探测
4.2.2 基于航姿传感器的AGV航向角检测
4.2.3 基于模糊控制器的AGV前轮期望导向角
4.2.4 AGV沿垄道行驶的运动学模型
4.3 AGV沿直线垄道行驶的防撞避障导航算法
4.3.1 基于滚动优化原理的路径规划
4.3.2 障碍物判别及轨迹预测
4.3.3 AGV防撞避障策略
4.4 AGV避障算法仿真与分析
4.4.1 模糊控制轨迹跟踪仿真
4.4.2 防碰避障算法的仿真分析
4.5 本章小结
第五章 轮式AGV纯滚动转向行驶与避障导航算法实现
5.1 基于PLC的AGV转向与行驶控制程序设计
5.1.1 PLC编程环境介绍
5.1.2 AGV行驶控制程序设计
5.2 基于LabVIEW的AGV避障导航程序设计
5.2.1 LabVIEW概述及软件总体结构设计
5.2.2 数据采集模块
5.2.3 导航避障算法程序设计
5.2.4 工控机与PLC通信模块
5.3 本章小结
第六章 轮式AGV系统的行驶控制与避障导航试验研究
6.1 AGV避障控制系统设计
6.2 AGV行驶系统试验与分析
6.2.1 AGV纯滚动转向系统草地路面原地转向试验
6.2.2 纯滚动转向AGV硬质路面沿S型轨迹转向试验
6.3 AGV沿直线垄道行驶的避障模拟试验
6.3.1 AGV依次绕行2个大间距障碍物试验
6.3.2 AGV连续绕行2个小间距静态障碍物试验
6.3.3 AGV绕行1个静态障碍物并躲避1个动态障碍物试验
6.4 本章小结
第七章 工作总结与研究展望
7.1 工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
读博期间参加的科研工作与取得的成果
本文编号：3802045
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/3802045.html
