猕猴桃采摘机器人移动平台的设计与仿真

发布时间：2017-11-03 07:24

  本文关键词：猕猴桃采摘机器人移动平台的设计与仿真

  更多相关文章： 移动平台 四轮独立转向 阿克尔曼模型 动力学模型

【摘要】：中国有着世界上的最大的猕猴桃种植面积,需要投入大量的劳动力从事猕猴桃的收获采摘。因此,研究实现猕猴桃自动采摘对提高劳动生产力,减轻农民负担,实现猕猴桃种植生产产业化有很深远的意义。目前,对于猕猴桃的果实识别以及其破损力学研究已取得一定的结果,猕猴桃在复杂背景中的提取方法,以及无损采摘末端执行器以及采摘机械臂也已试制成功。因此,研究能在果园中定向移动的移动平台,从而使得采摘机械臂与末端执行器可以实现大范围采摘有一定的现实意义本文以标准化的棚架式猕猴桃种植模式条件,对应用于猕猴桃采摘的移动平台进行了设计与研究,主要研究内容如下:1.对猕猴桃采摘机器人移动平台的工作条件简要分析并确定了移动平台的初步方案。首先结合现场调研,分析了棚架结构参数、果园内部土壤的物理特性和力学特性。然后,以此为平台设计的条件确定了移动平台的设计参数和基本作业功能。最后简单介绍了一代移动平台的设计与试制结果,着重介绍了二代移动平台的总体设计结构和主要的工作原理。2.结合工况和平台的工作需求,设计并选取了移动平台的关键部件和模块。首先,通过分析轮胎地面力学,确定了移动平台行进所需牵引力和轮胎的旋转力矩,以此选取移动平台的行进轮毂电机。然后,结合原地转向力矩经验公式计算确定移动平台转向驱动力,以所需的转向力矩为边界条件,选取合适的转向电机,并设计转向力矩放大机构的机械模块。其次,对平台的水平调节机构进性分析设计,建立合理的几何模型,分析了调节高度与特征角之间的关系,并对整个调高机构进行了力学分析,对危险原件进行了ANSYS才仿真校核,确定合理的设计参数。最后完成整个平台的PROE三维设计和整体装配。3.对四轮独立转向移动平台进行了运动学和动力学的仿真分析。首先,以Akermann运动学模型为理论基础,分析各个轮胎转角的关系,完成了基于阿克尔曼几何模型的各个轮子转角以转弯半径和输入转角为变量的仿真,并建立了四轮独立转向系统各个轮子转角计算的用户图形界面。然后,分析得到动力学主要物理量例如轮胎侧向力,侧偏角,纵向加速度和侧向加速的表达式。最后,建立移动平台的动力学的模型的微分方程,以MATLAB/Simulink为工具搭建动力学模型的仿真模块,结合MATLAB/GUI建立了移动平台动力学仿真的图形用户界面,方便移动平台的参数优化。并以此对移动平台的动力学性能进行仿真分析。观察移动平台的侧倾角,横摆角速度和侧向速度的响应情况。
【关键词】：移动平台 四轮独立转向 阿克尔曼模型 动力学模型
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225.93;TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 缩略词表11-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 研究目的及其意义13-14
• 1.2 国内外轮式移动平台的研究现状14-18
• 1.2.1 移动平台应用的研究现状14-16
• 1.2.2 四轮独立转向技术的研究现状16-17
• 1.2.3 仿真分析软件的现状与应用17-18
• 1.3 论文研究主要内容18-19
• 1.4 论文的研究方法19
• 1.5 技术路线19-20
• 第二章 猕猴桃采摘机器人移动平台相关设计参数的确定20-31
• 2.1 猕猴桃棚架式结构种植要求20-24
• 2.1.1 猕猴桃的棚架结构20-21
• 2.1.2 猕猴桃果园的土壤特性21-24
• 2.2 猕猴桃采摘机器人移动平台相关设计参数24-25
• 2.3 猕猴桃采摘机器人移动平台初步方案25-30
• 2.3.1 一代样机的设计试制25-27
• 2.3.2 二代样机的总体结构27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 猕猴桃采摘机器人移动平台部件设计研究31-57
• 3.1 移动平台驱动分析31-39
• 3.1.1 前进驱动力的分析计算31-36
• 3.1.2 转向驱动阻力的分析计算36-39
• 3.2 平台机械系统设计39-55
• 3.2.1 转向系统机械设计39-47
• 3.2.2 仿形调节机构的分析设计47-55
• 3.3 平台整体装配55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 四轮独立导向移动平台的动力学分析57-81
• 4.1 基于Ackermann模型的运动学分析57-62
• 4.2 系统动力学模型中物理量求解62-66
• 4.2.1 移动平台的侧偏角62-64
• 4.2.2 移动平台的纵向加速度和侧向加速度64-65
• 4.2.3 移动平台的车轮侧向力65-66
• 4.3 移动平台的动力学系统建模66-71
• 4.4 移动平台的操作稳定性仿真71-80
• 4.4.1 动力学仿真模块的搭建71-74
• 4.4.2 动力学仿真图形界面的设计74-75
• 4.4.3 仿真结果分析75-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 结论与展望81-83
• 5.1 结论81-82
• 5.2 创新点82
• 5.3 展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 作者简介88

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本文编号：1135207