除草机器人设计与控制

精确农业,即采取措施减小差异,优化资源配置,实施处方农作,获得经济和环境的最大收益。农业机器人融合了田间测绘、变量操作和决策支持系统三项关键技术,将在现代农业中担当主体角色。 本文研究基于直接施药方法除草机器人的关键技术,力图使得农田除草工作主要由机器人来完成,高效、自动,减少人们的烦琐劳动;有选择地、精确地施用除草剂,避免伤及作物;与传统的喷雾施药方法相比,大幅减少除草剂的用量,保护了环境。 取得以下结论:①基于机器视觉,研究了机械臂精确定位杂草目标的运动控制技术,实现了机器人自主除草。②基于机器视觉,研究了以作物行为基准线的模糊导航控制技术,实现了机器人自主行走。③基于机器视觉,研究了直接施药方法的可变量控制技术,初步实现了机器人自主供药控制。 利用AutoCAD建模和机械臂优化设计,确定了机械臂的工作空间,制作了与机器人本体相适应的四关节机械臂。对机械臂进行运动分析并求取了雅可比矩阵,采用VC++开发了控制程序,利用Lynx motion公司的SSC-32型控制板控制机械臂动作。 针对田间的非连续开放性环境,利用VC++开发了除草机器人模糊导航控制算法。通过大量的控制试验初步获得导航角θr、导航距λ在各自论域中的分布规律及θr、λ与机器人当前位姿的关系,机器人纵向前进速度与位姿调整转速差的关系,得到了机器人的控制规律,设计了符合参数特性的隶属函数。试验结果显示,模糊控制有效补偿了导航分析算法的缺陷,可靠性有很大提高。 针对“直接施药方法”,设计了除草机器人末端执行器可变量控制系统,制作了初步开发电路板,编写了下位机控制程序,实现了刀盘的转速控制和电磁阀供药时间的控制。