基于电液集成控制的拖拉机无人驾驶系统设计与试验
发布时间：2021-06-10 20:00
当今农业机械的发展趋势是智能化、信息化,拖拉机的无人驾驶技术是当前的一个热门的研究课题,对实现精准农业有着重要的意义。精准农业技术的核心目标是整合传统农业信息,集成地理信息系统、全球定位系统、传感器技术和决策支持系统,实现农业的可持续发展战略,自动导航技术是精细农业的基础,是实现现代化农业的必由之路。本文以黄海金马554拖拉机为平台,针对拖拉机自动导航的要求,对导航控制方法进行了研究,搭建了拖拉机自动导航的软硬件平台,实现了拖拉机的自动导航。主要的研究内容如下:（1）拖拉机自动导航的硬件设计,北斗接收机采用的是北斗星通导航技术有限公司生产的C201-AT-680系列接收机,对方向盘转向柱位置通过加装转向助力电机的形式进行了自动转向改装,对离合器和刹车进行了加装推杆电机进行自动控制,对油门自动控制采用加装电动油门调速器的方法,完成了系统硬件的改装。（2）对拖拉机控制系统进行了研究,包括转向、刹车控制等,上位机和下位机的软件编写,上位机软件是基于Windows 7操作系统,在Spyder软件中,使用Python语言开发的,下位机是在Keil软件中用C语言编写的。上位机对拖拉机当前行驶的信息...
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１系统总体结构图??Ｆｉｇ?２－１?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｏｖｅｒａｌｌ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｄｉａｇｒａｍ??
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ｆ拖拉机组横向控制＇??前轮转角输入信号??转向电机?＾???”????￣电磁离合器￣｝？－会§＿???］［???全液压转向器??ｆ拖拉机４压转向?转向允度??转向轮????图２－３转向系统设计方案??Ｆｉｇ?２－３?Ｓｔｅｅｒｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｄｅｓｉｇｎ?Ｓｃｈｅｍｅ??该方案对农机改动较小，用了一个带减速机构的转向助力电机，在转向柱上加一??个齿盘，电机带动齿盘，齿盘驱动拖拉机的全液压转向器，实现拖拉机的转向。同时??该电机还有一个离合器，人工干预驾驶的时候当力矩传感器检测到扭矩过大，电磁离??合断开，自动转向断电，就可以人工控制方向。拖拉机一般在熄火的状态下液压助力??系统停止工作，那么它的扭矩较大，经过初步测量约为２２Ｎ＇ｍ。但是在正常作业行走??时，扭矩一般不超过５Ｎｔｈ，所以选用的电机额定功率为０．Ｉ３ＫＷ，额定转矩为??ｌ．Ｉ５Ｎ?ｍ，减速器的减速比为１：?２５，最大可输出的转矩约２９Ｎ?ｍ，完全可以系统的??要求。设计的支搾架在原车上面川螺柃固定，稳定可靠。该改装方案结构较力简单，??成本也较低。改装三维结构如图２－９所示。选川的电机相关性能参数如衣２－１所示。??顯??ｍ?：?：?■??图２－４方向盘改装三维图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｓｔｅｅｒｉｎｇ?ｗｈｅｅｌ?ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ?３－Ｄ?ｄｉａｇｒａｍ??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[2]拖拉机自动导航摩擦轮式转向驱动系统设计与试验[J]. 张闻宇,丁幼春,王磊,万星宇,雷小龙,廖庆喜. 农业机械学报. 2017(06)
[3]拖拉机转向轮转角位移式和四连杆式间接测量方法对比试验[J]. 胡书鹏,尚业华,刘卉,李由,赵春江,付卫强. 农业工程学报. 2017(04)
[4]基于Pure Pursuit算法的智能车路径跟踪[J]. 段建民,杨晨,石慧. 北京工业大学学报. 2016(09)
[5]东方红拖拉机自动转向控制器设计及试验[J]. 黎永键,赵祚喜,黄培奎,关伟. 农业工程学报. 2015(S2)
[6]基于免疫模糊PID的小型农业机械路径智能跟踪控制[J]. 熊中刚,叶振环,贺娟,陈连贵,令狐金卿. 机器人. 2015(02)
[7]基于级联式控制策略的农业机械鲁棒自适应路径跟踪控制[J]. 李逃昌,胡静涛,高雷. 机器人. 2014(02)
[8]我国精准农业的发展现状[J]. 董力伟. 数字通信世界. 2014(02)
[9]谷物联合收割机电控全液压转向系统建模与仿真[J]. 张成涛,谭彧,吴刚,王书茂. 农业工程学报. 2013(20)
[10]基于最优控制的导航拖拉机速度与航向联合控制方法[J]. 韩科立,朱忠祥,毛恩荣,宋正河,谢斌,李明生. 农业机械学报. 2013(02)
博士论文
[1]农机导航多模变结构智能控制方法研究[D]. 伟利国.中国农业机械化科学研究院 2015
硕士论文
[1]插秧机自动导航控制系统的设计与研究[D]. 王宇.浙江理工大学 2017
[2]基于拖拉机导航的路径跟踪技术研究[D]. 石翔.石河子大学 2016
[3]智能车控制系统的设计与路径跟踪算法的研究[D]. 杨晨.北京工业大学 2016
[4]设施农业机械的自动导航控制系统研究[D]. 姚燚.江苏大学 2016
[5]一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D]. 龚毅.南京理工大学 2014
[6]拖拉机自动导航系统关键技术研究[D]. 贾全.中国农业机械化科学研究院 2013
[7]基于东方红SG-250拖拉机电控液压转向系统研究[D]. 赵建东.南京农业大学 2012
[8]拖拉机自动导航系统CAN总线的设计与实现[D]. 刘阳.石河子大学 2012
本文编号：3223028
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１系统总体结构图??Ｆｉｇ?２－１?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｏｖｅｒａｌｌ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?Ｄｉａｇｒａｍ??
＇ｖ决策見■??ＣＡＮ??Ｉ??，片汀层?下位机??，?Ｉ?，??ｒ?ｉ??转向辅助子系统?制动辅助子．系统?动力辅助子系统?离合辅助子系统??转角传感器．．．?电动制动执行器?：油门执行器＿?离合执行器??转问执行器?刹车跆板位罟?犮动机转速?离合幵关??．?■?？?．．．：．ｒ，，．：乂．．?■：??．??图２－２系统硬件架构图??Ｆｉｇ?２－２?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｈａｒｄｗａｒｅ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??感知层：包括北斗定位系统和显示界面。北斗定位系统可提供厘米级定位；显示??器用于显示当前的车辆行驶信息。??决策层：上位机用来进行传感器的信号采集、算法运算、执行器命令的下发、数??据记录等功能，是整个无人驾驶系统的大脑，通信接口?ＣＡＮ，实时决策出拖拉机驾??驶的转向状态等信息。??线控执行层：整车执行机构包拈转向辅助子系统、制动辅助子系统、动力辅助子??系统、离合辅助子系统和人机交互系统，是无人驾驶系统的决策执行Ｕ。??拖拉机无人驾驶是要求拖拉机能够按照预定的路径行驶，１出现偏离规划路径的??情况下能够控制拖拉机自动转丨（＞！，快速、准确的回归预定路径。要想实现这样的功能，??对该系统的硬件打以下的耍求：卫星的定位信息要能够通过工拉机接受，然后利川兑??法将拖拉机的实时的行走的路径与预定的路径的横向和航向的偏差进行计算，最后要??决策出拖拉机的转向允度，发出指令给到下位机，下位机对行驶和转向机构进行控制。??对于转向、汕门、刹车、离合的线控改装原则妃尽量保持原车的结构，减小对原车功??能的影响。系统的硬件需具备以下功能：??（丨）定位精度要高。农业机械的
ｆ拖拉机组横向控制＇??前轮转角输入信号??转向电机?＾???”????￣电磁离合器￣｝？－会§＿???］［???全液压转向器??ｆ拖拉机４压转向?转向允度??转向轮????图２－３转向系统设计方案??Ｆｉｇ?２－３?Ｓｔｅｅｒｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ?Ｄｅｓｉｇｎ?Ｓｃｈｅｍｅ??该方案对农机改动较小，用了一个带减速机构的转向助力电机，在转向柱上加一??个齿盘，电机带动齿盘，齿盘驱动拖拉机的全液压转向器，实现拖拉机的转向。同时??该电机还有一个离合器，人工干预驾驶的时候当力矩传感器检测到扭矩过大，电磁离??合断开，自动转向断电，就可以人工控制方向。拖拉机一般在熄火的状态下液压助力??系统停止工作，那么它的扭矩较大，经过初步测量约为２２Ｎ＇ｍ。但是在正常作业行走??时，扭矩一般不超过５Ｎｔｈ，所以选用的电机额定功率为０．Ｉ３ＫＷ，额定转矩为??ｌ．Ｉ５Ｎ?ｍ，减速器的减速比为１：?２５，最大可输出的转矩约２９Ｎ?ｍ，完全可以系统的??要求。设计的支搾架在原车上面川螺柃固定，稳定可靠。该改装方案结构较力简单，??成本也较低。改装三维结构如图２－９所示。选川的电机相关性能参数如衣２－１所示。??顯??ｍ?：?：?■??图２－４方向盘改装三维图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｓｔｅｅｒｉｎｇ?ｗｈｅｅｌ?ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ?３－Ｄ?ｄｉａｇｒａｍ??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[2]拖拉机自动导航摩擦轮式转向驱动系统设计与试验[J]. 张闻宇,丁幼春,王磊,万星宇,雷小龙,廖庆喜. 农业机械学报. 2017(06)
[3]拖拉机转向轮转角位移式和四连杆式间接测量方法对比试验[J]. 胡书鹏,尚业华,刘卉,李由,赵春江,付卫强. 农业工程学报. 2017(04)
[4]基于Pure Pursuit算法的智能车路径跟踪[J]. 段建民,杨晨,石慧. 北京工业大学学报. 2016(09)
[5]东方红拖拉机自动转向控制器设计及试验[J]. 黎永键,赵祚喜,黄培奎,关伟. 农业工程学报. 2015(S2)
[6]基于免疫模糊PID的小型农业机械路径智能跟踪控制[J]. 熊中刚,叶振环,贺娟,陈连贵,令狐金卿. 机器人. 2015(02)
[7]基于级联式控制策略的农业机械鲁棒自适应路径跟踪控制[J]. 李逃昌,胡静涛,高雷. 机器人. 2014(02)
[8]我国精准农业的发展现状[J]. 董力伟. 数字通信世界. 2014(02)
[9]谷物联合收割机电控全液压转向系统建模与仿真[J]. 张成涛,谭彧,吴刚,王书茂. 农业工程学报. 2013(20)
[10]基于最优控制的导航拖拉机速度与航向联合控制方法[J]. 韩科立,朱忠祥,毛恩荣,宋正河,谢斌,李明生. 农业机械学报. 2013(02)
博士论文
[1]农机导航多模变结构智能控制方法研究[D]. 伟利国.中国农业机械化科学研究院 2015
硕士论文
[1]插秧机自动导航控制系统的设计与研究[D]. 王宇.浙江理工大学 2017
[2]基于拖拉机导航的路径跟踪技术研究[D]. 石翔.石河子大学 2016
[3]智能车控制系统的设计与路径跟踪算法的研究[D]. 杨晨.北京工业大学 2016
[4]设施农业机械的自动导航控制系统研究[D]. 姚燚.江苏大学 2016
[5]一种无人驾驶车辆路径跟踪控制方式研究[D]. 龚毅.南京理工大学 2014
[6]拖拉机自动导航系统关键技术研究[D]. 贾全.中国农业机械化科学研究院 2013
[7]基于东方红SG-250拖拉机电控液压转向系统研究[D]. 赵建东.南京农业大学 2012
[8]拖拉机自动导航系统CAN总线的设计与实现[D]. 刘阳.石河子大学 2012
本文编号：3223028
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