爬树修枝机器人控制系统设计与试验研究

发布时间：2017-10-30 12:34

  本文关键词：爬树修枝机器人控制系统设计与试验研究

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【摘要】：本文针对我国速生林种植面积不断增大,速生林树枝的修剪工具相对落后,并且修剪强度大,安全性得不到保证等问题,对爬树修枝机器人的控制系统做了设计和试验研究。该爬树修枝机器人具有自动化程度高、操作简单、使用方便的特点。目前,我国经济迅速发展,对工业用材包括工业用林在内的需要日趋增加,为了满足工业发展的需要,国家大力发展速生林,因此剪枝机器的研究、开发和应用成为林业发展的必要硬件设备。目前剪枝机器也越来越受国家的重视,发展前景极为广阔。本文首先对课题的提出背景、研究的意义、剪枝机器国内外研究现状和爬树修枝机器人的主要功能和原理做了简单的介绍,进而对爬树修枝机器人的整体结构设计方案进行了阐述,并对其进行了ADAMS和MATLAB的联合仿真,分析设计方案的可行性,对爬树修枝机器人控制系统的硬件和软件进行了设计,确定了STM32微处理器为核心控制器,以安装在手机上的eclipse的ADT编写Android应用为遥控段的控制系统。本文对爬树修枝机器设计了控制流程和工作流程,进行了大量的试验,采集大量试验数据,对试验数据进行了分析,验证控制方案的可行性。本文对控制系统进行了详尽阐述:首先对整体控制方案进行设计,分析了控制方案的可行性;对控制系统地硬件设计进行了介绍,包括上位机手机遥控段的选用、下位机STM32微处理器的核心控制、供电电路设计、传感器数据采集、固态继电器的选用和舵机的选用;针对控制方案对控制系统地软件设计进行了系统详尽的阐述,分辨阐述了下位机控制软件程序设计、上位机Android系统Java控制程序设计、上下位机通讯协议设计。下位机控制软件程序设计包括微处理器主程序设计、传感器运行软件设计、舵机控制软件设计;上位机主要阐述上位机程序的编写、蓝牙通讯、手机控制流程;上下位机通讯协议设计包括下位机通讯协议和上位机通讯协议设计。
【关键词】：爬树修枝机器人 STM32微处理器 联合仿真 手机遥控端 试验
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题的提出10-11
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 研究的意义10-11
• 1.2 国内外相关领域研究与发展现状11-12
• 1.2.1 国内外的研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-14
• 2 爬树修枝机器人结构构成和工作原理14-20
• 2.1 机架部分15
• 2.2 夹紧部分15-16
• 2.3 轮系螺旋部分16
• 2.4 锯头切割部分16-17
• 2.5 减速传动部分17
• 2.6 动力部分17-18
• 2.7 控制设计要求18-19
• 2.8 工作原理19
• 2.9 本章小结19-20
• 3 ADAMS和MATLAB联合仿真分析20-31
• 3.1 ADAMS和MATLAB联合仿真原理20-21
• 3.2 ADAMS与MATLAB联合仿真的应用和设计步骤21-29
• 3.2.1 构造ADAMS样机模型21-24
• 3.2.2 确定ADAMS输入输出24-26
• 3.2.3 联合仿真及仿真分析26-29
• 3.3 对比试验29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4 剪枝机器人控制系统硬件设计31-42
• 4.1 Android手机遥控端设计32-33
• 4.2 智能控制端的设计33-41
• 4.2.1 蓝牙模块33-34
• 4.2.2 微处理器控制34-41
• 4.2.2.1 STM32微处理器的功能与应用原理34-36
• 4.2.2.2 硬件电路设计的具体思路36-37
• 4.2.2.3 传感器数据采集37-39
• 4.2.2.4 固态继电器开关与舵机部分39-40
• 4.2.2.5 电源部分40-41
• 4.3 本章小结41-42
• 5 软件设计42-51
• 5.1 下位机控制软件程序设计42-46
• 5.1.1 STM32微处理器主程序设计42-44
• 5.1.2 传感器运行软件设计44-45
• 5.1.3 舵机控制软件程序设计45-46
• 5.2 上位机Android系统Java控制程序设计46-48
• 5.3 上下位机通讯协议设计48-50
• 5.4 本章小结50-51
• 6 样机试验与分析51-56
• 6.1 电动推杆性能试验与分析52-53
• 6.2 舵机性能试验与分析53-55
• 6.3 综合性能试验与分析55
• 6.4 本章小结55-56
• 7 结论与展望56-57
• 7.1 结论56
• 7.2 主要创新点56
• 7.3 展望56-57
• 参考文献57-59
• 致谢59-60
• 附：攻读硕士学位期间的成果60

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