果园自走式智能移动平台研究
发布时间：2021-01-29 07:37
林果业发展迅猛,但是对应的移动平台大多是半人力机械设备,或者是还处于理论研究阶段的高造价、高难度设计与操作的智能化装备。本课题针对上述现象,研究设计集自动导航、智能避障于一体的果园智能移动平台。此平台能够帮助果园提高工作效率、减少人工劳动,并且能够促进智能化果园业的普及。本移动平台的智能化主要体现在:自走式导航、行间避障以及地头自主转弯,主要的研究内容和结果如下:（1）制定了智能移动平台的设计指标和要求,完成了移动平台机械本体的设计。确定了移动平台的移动机构、轮子的类型、驱动方式等,设计了可实现手动和电控模式自由切换的转向机构。（2）为了提高移动平台智能化水平,引入基于GPS的自主导航系统,并通过卡尔曼滤波算法、PD控制算法来提高导航精度。试验结果表明:移动平台进行稳定的直线导航时,横向偏差的最大值为0.141m,平均值为0.070m;移动平台进行终点转向导航试验时,横向偏差的最大值为0.227m,平均值为0.092m。建立的移动平台导航系统可以紧紧跟随预设路径,满足了果园作业的要求。（3）针对轮式智能移动平台进行了运动学分析,推导出轮式移动平台在世界坐标系中的最终运动模型,并且规划了...
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 国外智能移动平台研究进展
1.2.2 国内智能移动平台研究进展
1.3 智能移动平台研究思路
第二章 果园智能移动平台机械系统设计
2.1 目前果园栽培模式
2.2 移动平台整体方案设计
2.3 机械系统主要工作部件设计
2.3.1 轮式移动平台
2.3.2 转向机构设计
2.3.3 防碰撞结构设计
2.3.4 末端可挂载结构设计
2.4 驱动模块设计与仿真
2.4.1 驱动功率计算及电机选型
2.4.2 电机瞬态过程仿真
2.4.3 电机瞬态仿真结果分析
2.5 供电模块
2.6 本章小结
第三章 基于GPS自主导航设计
3.1 轮式移动平台运动模型建立及导航轨迹规划
3.1.1 智能移动平台运动模型建立
3.1.2 果树行间轨迹规划
3.2 GPS定位原理
3.2.1 GPS定位原理及数学模型
3.2.2 经纬度信息采集与提取
3.2.3 高斯-克吕格投影坐标转换
3.3 卡尔曼滤波算法及MATLAB仿真
3.3.1 卡尔曼滤波算法
3.3.1.1 卡尔曼滤波原理
3.3.1.2 导航系统初始值的确定
3.3.2 卡尔曼滤波仿真试验
3.4 导航控制策略
3.4.1 行间直线导航
3.4.2 地头转弯导航
3.5 本章小结
第四章 果园智能移动平台控制系统设计
4.1 果园智能移动平台控制系统总体方案
4.2 平台移动控制策略
4.2.1 行间避障设计
4.2.1.1 行间避障
4.2.1.2 最佳避障距离标定
4.2.2 转向控制
4.3 控制系统硬件
4.3.1 运动控制卡
4.3.2 数据采集卡
4.3.3 其他部分硬件
4.4 控制系统软件
4.4.1 自动导航模式
4.4.2 手动调试模式
4.5 GPS定位试验
4.5.1 定点定位试验
4.5.2 定点距离试验
4.6 本章小结
第五章 果园自走式智能移动平台试验
5.1 超声波避障试验
5.1.1 超声波避障试验
5.1.2 试验结果分析
5.2 果园智能移动平台导航试验
5.2.1 智能移动平台导航试验
5.2.2 试验结果分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究结论
6.2 不足之处以及展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于W5500的嵌入式系统以太网网关设计[J]. 曾红,党盼盼. 网络安全技术与应用. 2015(02)
[2]自主导航农业车辆的全景视觉多运动目标识别跟踪[J]. 李盛辉,田光兆,姬长英,周俊,顾宝兴,王海青. 农业机械学报. 2015(01)
[3]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
[4]基于PCI-1240U的电液束控制系统研制[J]. 许研,周梦慰. 航空制造技术. 2014(S1)
[5]齿轮齿条式转向器齿条仿真分析[J]. 郭洪军,葛晗. 黑龙江科技信息. 2014(28)
[6]基于立体视觉的智能农业车辆实时运动检测[J]. 田光兆,安秋,姬长英,顾宝兴,王海青,赵建东. 农业机械学报. 2013(07)
[7]基于PCI-1240U的数控机床手轮功能的实现[J]. 王维,郭鹏飞,杨光,钦兰云,卞宏友,王伟,项坤,蔡淦,王婷. 制造技术与机床. 2013(07)
[8]基于分层结构的智能农业车辆导航数据采集与处理系统[J]. 田光兆,安秋,姬长英,顾宝兴,王海青,赵建东. 浙江农业学报. 2013(02)
[9]墨卡托投影与高斯投影的坐标转换研究[J]. 刘丽萍. 中国新技术新产品. 2013(04)
[10]世界苹果种植概况与我国苹果生产前景展望[J]. 崔家升,李晓萍. 北方果树. 2012(04)
博士论文
[1]智能移动式水果采摘机器人系统的研究[D]. 顾宝兴.南京农业大学 2012
[2]汽车低速碰撞吸能部件的抗撞性能研究[D]. 柳艳杰.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于GPS轨迹的出行信息提取研究[D]. 张治华.华东师范大学 2010
[4]差分GPS/INS组合定位定姿及其在MMS中的应用[D]. 孙红星.武汉大学 2004
[5]农用轮式移动机器人视觉导航系统的研究[D]. 周俊.南京农业大学 2003
硕士论文
[1]基于GPS和惯性导航的果园机械导航系统研究[D]. 魏少东.西北农林科技大学 2013
[2]基于CAN总线的农业机器人平台控制系统的设计与实现[D]. 王文山.山东农业大学 2012
[3]苹果采摘机器人关键技术研究[D]. 马强.中国农业机械化科学研究院 2012
[4]未知环境下移动机器人路径规划研究[D]. 罗胜华.湘潭大学 2009
[5]基于机器视觉的精确喷施智能除草装置杂草实时识别技术[D]. 赵德升.江苏大学 2009
[6]永磁同步电机非线性控制算法研究[D]. 王磊.大连海事大学 2009
[7]地面移动机器人载体及搭载平台机械设计与分析[D]. 杨林.南京理工大学 2009
本文编号：3006529
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.2.1 国外智能移动平台研究进展
1.2.2 国内智能移动平台研究进展
1.3 智能移动平台研究思路
第二章 果园智能移动平台机械系统设计
2.1 目前果园栽培模式
2.2 移动平台整体方案设计
2.3 机械系统主要工作部件设计
2.3.1 轮式移动平台
2.3.2 转向机构设计
2.3.3 防碰撞结构设计
2.3.4 末端可挂载结构设计
2.4 驱动模块设计与仿真
2.4.1 驱动功率计算及电机选型
2.4.2 电机瞬态过程仿真
2.4.3 电机瞬态仿真结果分析
2.5 供电模块
2.6 本章小结
第三章 基于GPS自主导航设计
3.1 轮式移动平台运动模型建立及导航轨迹规划
3.1.1 智能移动平台运动模型建立
3.1.2 果树行间轨迹规划
3.2 GPS定位原理
3.2.1 GPS定位原理及数学模型
3.2.2 经纬度信息采集与提取
3.2.3 高斯-克吕格投影坐标转换
3.3 卡尔曼滤波算法及MATLAB仿真
3.3.1 卡尔曼滤波算法
3.3.1.1 卡尔曼滤波原理
3.3.1.2 导航系统初始值的确定
3.3.2 卡尔曼滤波仿真试验
3.4 导航控制策略
3.4.1 行间直线导航
3.4.2 地头转弯导航
3.5 本章小结
第四章 果园智能移动平台控制系统设计
4.1 果园智能移动平台控制系统总体方案
4.2 平台移动控制策略
4.2.1 行间避障设计
4.2.1.1 行间避障
4.2.1.2 最佳避障距离标定
4.2.2 转向控制
4.3 控制系统硬件
4.3.1 运动控制卡
4.3.2 数据采集卡
4.3.3 其他部分硬件
4.4 控制系统软件
4.4.1 自动导航模式
4.4.2 手动调试模式
4.5 GPS定位试验
4.5.1 定点定位试验
4.5.2 定点距离试验
4.6 本章小结
第五章 果园自走式智能移动平台试验
5.1 超声波避障试验
5.1.1 超声波避障试验
5.1.2 试验结果分析
5.2 果园智能移动平台导航试验
5.2.1 智能移动平台导航试验
5.2.2 试验结果分析
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究结论
6.2 不足之处以及展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于W5500的嵌入式系统以太网网关设计[J]. 曾红,党盼盼. 网络安全技术与应用. 2015(02)
[2]自主导航农业车辆的全景视觉多运动目标识别跟踪[J]. 李盛辉,田光兆,姬长英,周俊,顾宝兴,王海青. 农业机械学报. 2015(01)
[3]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
[4]基于PCI-1240U的电液束控制系统研制[J]. 许研,周梦慰. 航空制造技术. 2014(S1)
[5]齿轮齿条式转向器齿条仿真分析[J]. 郭洪军,葛晗. 黑龙江科技信息. 2014(28)
[6]基于立体视觉的智能农业车辆实时运动检测[J]. 田光兆,安秋,姬长英,顾宝兴,王海青,赵建东. 农业机械学报. 2013(07)
[7]基于PCI-1240U的数控机床手轮功能的实现[J]. 王维,郭鹏飞,杨光,钦兰云,卞宏友,王伟,项坤,蔡淦,王婷. 制造技术与机床. 2013(07)
[8]基于分层结构的智能农业车辆导航数据采集与处理系统[J]. 田光兆,安秋,姬长英,顾宝兴,王海青,赵建东. 浙江农业学报. 2013(02)
[9]墨卡托投影与高斯投影的坐标转换研究[J]. 刘丽萍. 中国新技术新产品. 2013(04)
[10]世界苹果种植概况与我国苹果生产前景展望[J]. 崔家升,李晓萍. 北方果树. 2012(04)
博士论文
[1]智能移动式水果采摘机器人系统的研究[D]. 顾宝兴.南京农业大学 2012
[2]汽车低速碰撞吸能部件的抗撞性能研究[D]. 柳艳杰.哈尔滨工程大学 2012
[3]基于GPS轨迹的出行信息提取研究[D]. 张治华.华东师范大学 2010
[4]差分GPS/INS组合定位定姿及其在MMS中的应用[D]. 孙红星.武汉大学 2004
[5]农用轮式移动机器人视觉导航系统的研究[D]. 周俊.南京农业大学 2003
硕士论文
[1]基于GPS和惯性导航的果园机械导航系统研究[D]. 魏少东.西北农林科技大学 2013
[2]基于CAN总线的农业机器人平台控制系统的设计与实现[D]. 王文山.山东农业大学 2012
[3]苹果采摘机器人关键技术研究[D]. 马强.中国农业机械化科学研究院 2012
[4]未知环境下移动机器人路径规划研究[D]. 罗胜华.湘潭大学 2009
[5]基于机器视觉的精确喷施智能除草装置杂草实时识别技术[D]. 赵德升.江苏大学 2009
[6]永磁同步电机非线性控制算法研究[D]. 王磊.大连海事大学 2009
[7]地面移动机器人载体及搭载平台机械设计与分析[D]. 杨林.南京理工大学 2009
本文编号：3006529
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