基于dSPACE的履带式机器人运动控制系统设计
发布时间：2021-01-28 07:52
随着人们对葡萄需求量的日益增多,我国葡萄的种植面积也呈逐年扩大趋势。葡萄园植保设备是葡萄喷雾施药的方式之一,我国葡萄园多以垄行方式种植,其垄行地面的凹凸情况、土壤干湿状况等因素复杂多变,普通的轮式、腿式机器人不易进入到这种环境中进行作业,而履带式机器人具有较宽的支撑面积、较小的接地压强、良好的通过性等特点,适合在非结构化的葡萄园中进行行驶作业。履带式机器人实现自主行驶作业的基础和前提是行走、转向精确可控。本文研究对象─履带式机器人采用的是双直流电机驱动行进和双电机差速转向运动方式。在履带式机器人行进速度控制方面,首先研究了直流电机驱动原理、转速测量原理,采用转速、电流双闭环转速控制方法,设计了转速PID控制器。然后建立了基于Simulink的直流电机转速控制模型,并对直流电机的转速特性及PID的参数调节进行仿真测试。最后采用双直流电机驱动行进的控制方式,在Simulink中建立双电机驱动行进的控制算法模型,并通过dSPACE半实物控制开发平台对机器人行进运动控制进行实际调试,确保了前进速度的稳定性和双电机速度的同步性。在履带式机器人转向控制方面,首先研究了履带式机器人的基本转向控制原理...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Talon机器人
美国、日本、德国等发达国家对履带式机器人技术的研究较早，目前已取得了可喜的研究成果。美国 Foster-Miller 公司研制的 Talon 机器人是一款用于反恐斗争的履带式移动机器人，如图 1.1 所示。该机器人通过远程操作的方式可以用于军事侦察和军事战斗，同时在移动机构底盘上装有具有夹持功能的机械手臂，可以代替人类从事危险的清除简易爆炸装置和排雷任务。为了提高该机器人的转向性能，研发人员在进行移动机构设计时在两履带轮之间设计了一个小型的承重轮，该承重轮既可以用于分担机器人的负载量，又可以用于调整机器人的重心，从而减少转向时履带与地面之间的转向阻力，提高转向性能[13]。如图 1.2 所示，PackBot 机器人是美国 IRobot 公司研制的。该机器人外型小巧精致，长 0.87 m，宽 0.51 m，高 0.18 m，重 18 kg，它的最大时速可达 14 公里，每次充电后行驶距离能超过 13 km，同时涉水深度可达 3 m。PackBot 使用坦克履带行走，能够行走在凹凸不平的复杂地形中，同时装有摄像头，操作者可以对其进行远程控制从而完成任务侦察、野外搜救、搬运等任务[14]。
图 1.3 OCTOPUS 四臂六履带机器人 图 1.4 Telerob Telemax 机器人如图 1.4 所示，是德国弗劳恩霍夫研究所研制的 Telerob Telemax 机器人。该机器人是一款根据运动环境可实现自主重构的四履带机器人。为了使机器人能够适应非结构化的户外环境，研究者重点对机器人与地形之间的相互作用关系进行了研究，构建出机器人与地形之间的相互作用模型，并提出了一种新开发的迭代接触点估计方法，用于对可重构机器人的静态稳定性进行估计，然后根据相互作用模型确定机器人和地形之间的接触点，便于随后的静态稳定性预测。最后实现机器人能够针对不同的地形对四个履带进行重组，以完成机器人在不同地形上的运动[16]。日本山形大学机械系统工程学院的 ErnestoRivas 等人研发了一种小型履带式扫雪机器人。该机器人为一种小型轻便式的机器人，主要用于较小区域内（小于 30 m2）的除雪任务。其控制系统主要包括进气系统、履带运动控制系统、压缩系统和导航系统四个系统，其中重点研究了进气系统及其与履带运动控制系统的协同控制，进气系统主要是通过三个螺杆的运动配合来收雪。同时为了使机器人能够在不同的雪况下实现稳定的自
【参考文献】：
期刊论文
[1]橡胶履带底盘的研究进展[J]. 张拓,岳高峰,刘妤. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(05)
[2]直流电机驱动农用履带机器人轨迹跟踪自适应滑模控制[J]. 焦俊,陈靖,乔焰,王文周,王谟仕,辜丽川,李郑涛. 农业工程学报. 2018(04)
[3]基于编码器测速的双闭环控制系统性能分析[J]. 陈思思,黄宣琳,黄永梅,唐涛. 国外电子测量技术. 2017(11)
[4]工业机器人开放式控制系统研究综述[J]. 吕冬冬,郑松. 电气自动化. 2017(01)
[5]一种M/T混合测速法的研究与实现[J]. 周昂扬,张志安,吴勇. 兵工自动化. 2017(01)
[6]电动背负式风送喷雾器设计与作业性能试验[J]. 王士林,宋坚利,何雄奎,李艳杰,凌云. 农业工程学报. 2016(21)
[7]拖拉机线控液压转向系统的双通道PID控制仿真与试验[J]. 鲁植雄,龚佳慧,鲁杨,刁秀永,程准,姜春霞,周晶. 农业工程学报. 2016(06)
[8]我国葡萄生产空间布局特征研究[J]. 穆维松,李程程,高阳,冯建英. 中国农业资源与区划. 2016(02)
[9]农业机器人的发展现状及展望[J]. 王儒敬,孙丙宇. 中国科学院院刊. 2015(06)
[10]不同PWM调制方式对无刷直流电机调速的影响[J]. 荣军,李一鸣,万军华,张敏,陈曦. 微电机. 2015(10)
博士论文
[1]履带车辆双电机耦合驱动技术研究[D]. 盖江涛.湖南大学 2015
硕士论文
[1]履带式农业移动机器人自主跟随控制系统研究[D]. 张钧.浙江工业大学 2017
[2]针对履带式移动平台的运动控制系统设计[D]. 蔡婷.成都理工大学 2016
[3]履带式排爆机器人运动控制系统设计与实现[D]. 袁浩钊.华南理工大学 2016
[4]PID控制器参数整定方法研究及其应用[D]. 叶政.北京邮电大学 2016
[5]基于MEMS陀螺仪的飞行器动导数测试系统研究[D]. 贾国鹏.重庆大学 2015
[6]基于DSP的履带式移动机器人设计[D]. 平鹏.南京理工大学 2013
[7]基于dSPACE永磁无刷直流电机控制策略研究[D]. 呼明亮.浙江大学 2012
[8]基于DSP的履带式移动机器人运动控制系统设计[D]. 徐宏贵.南京理工大学 2009
本文编号：3004625
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Talon机器人
美国、日本、德国等发达国家对履带式机器人技术的研究较早，目前已取得了可喜的研究成果。美国 Foster-Miller 公司研制的 Talon 机器人是一款用于反恐斗争的履带式移动机器人，如图 1.1 所示。该机器人通过远程操作的方式可以用于军事侦察和军事战斗，同时在移动机构底盘上装有具有夹持功能的机械手臂，可以代替人类从事危险的清除简易爆炸装置和排雷任务。为了提高该机器人的转向性能，研发人员在进行移动机构设计时在两履带轮之间设计了一个小型的承重轮，该承重轮既可以用于分担机器人的负载量，又可以用于调整机器人的重心，从而减少转向时履带与地面之间的转向阻力，提高转向性能[13]。如图 1.2 所示，PackBot 机器人是美国 IRobot 公司研制的。该机器人外型小巧精致，长 0.87 m，宽 0.51 m，高 0.18 m，重 18 kg，它的最大时速可达 14 公里，每次充电后行驶距离能超过 13 km，同时涉水深度可达 3 m。PackBot 使用坦克履带行走，能够行走在凹凸不平的复杂地形中，同时装有摄像头，操作者可以对其进行远程控制从而完成任务侦察、野外搜救、搬运等任务[14]。
图 1.3 OCTOPUS 四臂六履带机器人 图 1.4 Telerob Telemax 机器人如图 1.4 所示，是德国弗劳恩霍夫研究所研制的 Telerob Telemax 机器人。该机器人是一款根据运动环境可实现自主重构的四履带机器人。为了使机器人能够适应非结构化的户外环境，研究者重点对机器人与地形之间的相互作用关系进行了研究，构建出机器人与地形之间的相互作用模型，并提出了一种新开发的迭代接触点估计方法，用于对可重构机器人的静态稳定性进行估计，然后根据相互作用模型确定机器人和地形之间的接触点，便于随后的静态稳定性预测。最后实现机器人能够针对不同的地形对四个履带进行重组，以完成机器人在不同地形上的运动[16]。日本山形大学机械系统工程学院的 ErnestoRivas 等人研发了一种小型履带式扫雪机器人。该机器人为一种小型轻便式的机器人，主要用于较小区域内（小于 30 m2）的除雪任务。其控制系统主要包括进气系统、履带运动控制系统、压缩系统和导航系统四个系统，其中重点研究了进气系统及其与履带运动控制系统的协同控制，进气系统主要是通过三个螺杆的运动配合来收雪。同时为了使机器人能够在不同的雪况下实现稳定的自
【参考文献】：
期刊论文
[1]橡胶履带底盘的研究进展[J]. 张拓,岳高峰,刘妤. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(05)
[2]直流电机驱动农用履带机器人轨迹跟踪自适应滑模控制[J]. 焦俊,陈靖,乔焰,王文周,王谟仕,辜丽川,李郑涛. 农业工程学报. 2018(04)
[3]基于编码器测速的双闭环控制系统性能分析[J]. 陈思思,黄宣琳,黄永梅,唐涛. 国外电子测量技术. 2017(11)
[4]工业机器人开放式控制系统研究综述[J]. 吕冬冬,郑松. 电气自动化. 2017(01)
[5]一种M/T混合测速法的研究与实现[J]. 周昂扬,张志安,吴勇. 兵工自动化. 2017(01)
[6]电动背负式风送喷雾器设计与作业性能试验[J]. 王士林,宋坚利,何雄奎,李艳杰,凌云. 农业工程学报. 2016(21)
[7]拖拉机线控液压转向系统的双通道PID控制仿真与试验[J]. 鲁植雄,龚佳慧,鲁杨,刁秀永,程准,姜春霞,周晶. 农业工程学报. 2016(06)
[8]我国葡萄生产空间布局特征研究[J]. 穆维松,李程程,高阳,冯建英. 中国农业资源与区划. 2016(02)
[9]农业机器人的发展现状及展望[J]. 王儒敬,孙丙宇. 中国科学院院刊. 2015(06)
[10]不同PWM调制方式对无刷直流电机调速的影响[J]. 荣军,李一鸣,万军华,张敏,陈曦. 微电机. 2015(10)
博士论文
[1]履带车辆双电机耦合驱动技术研究[D]. 盖江涛.湖南大学 2015
硕士论文
[1]履带式农业移动机器人自主跟随控制系统研究[D]. 张钧.浙江工业大学 2017
[2]针对履带式移动平台的运动控制系统设计[D]. 蔡婷.成都理工大学 2016
[3]履带式排爆机器人运动控制系统设计与实现[D]. 袁浩钊.华南理工大学 2016
[4]PID控制器参数整定方法研究及其应用[D]. 叶政.北京邮电大学 2016
[5]基于MEMS陀螺仪的飞行器动导数测试系统研究[D]. 贾国鹏.重庆大学 2015
[6]基于DSP的履带式移动机器人设计[D]. 平鹏.南京理工大学 2013
[7]基于dSPACE永磁无刷直流电机控制策略研究[D]. 呼明亮.浙江大学 2012
[8]基于DSP的履带式移动机器人运动控制系统设计[D]. 徐宏贵.南京理工大学 2009
本文编号：3004625
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