温室机器人运动学研究和模型 5页

温室机器人运动学研究和模型　　中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1007-0745（2014）02-0272-02摘要：本文以温室移动机器人为研究对象，通过分析移动机器人的轮系机构和腿系结构，选择了本文行走机构类型；并对温室机器人的运动模式进行了分析，建立了运动学方程；研究温室移动机器人系统的运动模型。关键词：温室机器人运动学分析动力学分析引言农业机械化的发展是一个国家农业发展水平的标志，而农业温室机器人技术更体现一个国家的科技实力[1]。在农业温室生产中，由于易对植被造成损害、易污染环境等原因，传统的机械通常存在着这样或那样的缺点。由于温室机器人智能化的不断提高，它相对于传统农业机械能更好的适应生物技术的新发展。改善了传统的劳动方式，改善农民的生活劳动状态。因此，世界各国对农业温室机器人非常重视，投入了大量的资金和人力进行研究开发[2]。1、研究现状与趋势5\n温室机器人的行进路线基本上是不规则的曲线或者折线，所以对农业机器人曲线行进时控制技术的研究将能有效提高农业机器人对农田环境的适应性。目前对农业机器人曲线行进时控制技术的研究多数集中在发展机器人视觉这一方向，这种温室机器人的推广和我国农业发展较为落后的现状不相符，我国的农民急切企盼操作容易，效率高的温室机器人从事农业生态生产。随着农业温室机器人在现代化生产中应用越来越广，使得温室机器人的技术性能将进入一个崭新的发展阶段。为适应现代农业需要，农业温室机器人主要有以下三大发展趋势：（1）实用化、轻型化：温室机器人要好用，易维护，操作简单，具有较强的耐久性、无故障性和良好的经济性，以及较高的安全性和可靠性。因此，应考虑综合效益，简化结构、降低造价往实用化、轻型化发展。（2）高速化：指设备的运转度、运行速度、识别速度、运算速度大大加快。（3）自动化、智能化：先进的微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统。2、温室机器人运动力学分析机器人的运动控制需要以运动学分析为基础，移动机器人运动学主要处理控制参数和系统在状态空间的关系。建立移动机器人的运动数学模型是研究高性能控制算法、实现机器人运动仿真与控制的基础。2.1温室机器人运动设计5\n运动是研究机器人技术的重要问题。运动问题主要有三个问题：（1）“我现在何处？”（2）“我要往何处去？”（3）“要如何到该处去？”组成的。因此，其所要解决的问题主要有：对机器人空间的位置、方向和环境信息的精确检测（即定位）；对所获得信息的分析及环境模型的建立（即环境感知及建模）；规划出机器人安全移动的路径（即运动规划和目标确定。2.2温室机器人动力学分析以三轮机器人为研究对象，机器人运中动学分析就是结合机器人的结构和机器人的运动特点，来研究控制参数和机器人在状态空间的位姿之间的关系。2.2.1温室机器人运动学分析2.2.2转向运动学分析在三轮着地运动模式时，由于机器人有转向轮，也采用差动驱动方式，差动驱动机器人的控制变量为左右轮的速度和角速度，所以依照一般的差动驱动式机器人几何模型进行分析。在机器人匀速转向的过程中，在任一时刻t，机器人上的每一点都是以相同的角速度绕瞬时转动中心旋转。机器人的速度、角速度和瞬时转向半径的关系为：5\n车体在转向过程中，如果转向半径和旋转角度都保持不变，则为匀速转向，转动中心是一个固定点。如果转向过程中转向半径或角速度变化，则转向中心不是一个固定点，而是随时变化的。通过调整机器人的两侧行走轮的转速可以实现机器人大半径转向、小半径转向或原地转向多种转向运动。根据以上运动学分析可以求出机器人运动时的实际转速，并据此进行电机速度的驱动控制。2.2.3轨迹计算模型机器人在平面内运动时，有直线运动、旋转运动和圆弧运动三种基本运动，三种基本运动的组合可以实现机器人在二维平面内的任一轨迹的运动。（1）直线运动模型当机器人的左右两轮速度的大小相等且运动方向也相同时，机器人的运动轨迹为直线。设起始t0=0时刻机器人的位置为经过时间以后，机器人的位置用公式表示为：由此可知，当机器人左右两轮的速度大小相等且方向相同时机器人的轨迹为直线，运动方向为与x轴的夹角始终为θ0。（2）原地旋转运动模型（3）圆弧运动模型3、结论在实际的测试过程中，该机器人能够快速准确地按照预定路线到达指定位置完成规定动作，5\n并能很好地实现“自动避障”这一特殊功能，具有更高的适应性及灵活性，具有系统模型简单、实现方法容易的特点，使得这种控制方法能够方便地推广、应用。参考文献：[1]戴乃昌.农业机器人的发展和应用初探[J].农机化研究，2009，31（2）.[2]郭峰，曹其新，崔永杰等.用于草莓收获机器人的果实定位和果柄检测方法[J].农业工程学报，2008，24（10）.[3]姜国权，何晓兰，杜尚丰等.机器视觉在农业机器人自主运动系统中的研究[J].自动控制技术，2008，14（16）.[4]R.西格澳特.自主移动机器人导导论[M].西安：西安交通大学出版社，2006，9.[5]李海滨，段志信，康补晓.基于摇臂-转向架结构月球探测车的越障能力分析[J].重庆工学院学报.2005，19（11）.5