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《南京理工大学》 2005年
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智能割草机器人全区域覆盖运行的控制和动力学特性研究

祖莉  
【摘要】:本论文研究的智能割草机器人(IRM)是全区域覆盖运行的户外移动机器人,工作在非结构化的草坪环境中。充分考虑到智能割草机器人的工程实用性,基于RBF神经网络算法,提出在无人为标识的草坪区域中建立边界和识别边界的新方案。 割草机器人的智能在环境中表现为诸多适应性的行为。据此本文提出归一化行为的概念,形成智能割草机器人基于归一化行为的控制体系结构,深入研究归一化行为模式的特性,提出行为元SB和SDB结构,并采用模糊Petri网建立了割草机器人面向环境、针对任务的归一化行为模型。根据行为控制与模糊逻辑之间存在的内在关系,基于模糊控制理论对割草机器人全区域覆盖运行的主要行为:路径跟踪行为、避障行为和区域切换行为进行智能控制,解决了智能割草机器人的路径跟踪行为与避障行为的协调问题。 根据智能割草机器人的特点和任务目标,提出机器人工作性能的评价指标。对割草机器人全区域覆盖运行的路径规划进行数学描述,基于Morse理论提出工作子区域的划分方法,解决了统一而又简单的覆盖路径的规划问题。结合已建立的工作区域边界及拓扑图,提出牵连子区域优先覆盖的新方法,有效地解决了全区域覆盖的运动规划问题。文中还对智能割草机器人全区域覆盖规划的性能进行了分析。 本论文首次引入智能割草机器人的空气动力学特性研究,对刀盘中气流流动模式和特性进行了深入研究,并分析了气流不均衡性对割草机器人自主行为的影响。通过求解有限元模型,得到割草机器人刀盘对不平衡刀片的离心惯性力的动态响应,提出减少刀盘受迫振动的方法。 建立了智能割草机器人在草坪环境中的动力学模型,并进行了相应的动力学特性分析。根据草坪的物理特性,对车轮—草坪力学模型的特定力学性质进行了分析,得到割草机器人在草坪上运动的滚动阻力及草坪所允许的附着力。基于草坪的几何特性,建立其描述函数,研究了由于草坪不平整所引起的割草机器人在不同运动速度下的垂向振动特性,推导出割草机器人对草坪不平整引起的侧向扰动的稳态响应。 利用后退方法设计了割草机器人非完整动力学的轨迹跟踪控制律,给出了考虑外界扰动情况下的仿真控制结果。并基于H_∞理论对机器人的反馈镇定控制进行了探讨。 论文最后设计了割草机器人的本体结构和基于CAN总线的控制系统,研制了基于ARM嵌入式处理器的主控模块和相应的功能子模块。根据割草机器人的行为模式,制定了机器人在工作过程中可能存在的所有通信报文类型。结合软硬件对样机系统进行实验调试,实验结果满足割草机器人工作要求。 通过对智能割草机器人全区域覆盖运行的规划、基于行为的智能控制和动力学特
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP242

【引证文献】
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【共引文献】
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9 李会彬;边秀举;赵玉靖;赵玉新;杨建肖;刘国勇;;不同氮磷用量对野牛草叶绿素含量及草坪质量的影响[A];作物逆境生理研究进展——中国作物生理第十次学术研讨会文集[C];2007年
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【同被引文献】
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10 刘华军;杨静宇;陆建峰;唐振民;赵春霞;成伟明;;移动机器人运动规划研究综述[J];中国工程科学;2006年01期
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5 毛六平;混合电动汽车的智能控制方法研究[D];湖南大学;2006年
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1 关桂霞;车载Gps/DR组合导航系统研究[D];华北工学院;2001年
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10 沈娜;基于Internet的户外移动机器人的控制研究[D];南京理工大学;2004年
【二级引证文献】
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1 薛金林;徐丽明;;多功能农业机器人及其关键技术分析[J];安徽农业科学;2009年15期
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4 刘南君;毛培宏;;基于Arduino Mega2560单片机的简易智能割草机器人的设计与实现[J];安徽农业科学;2012年36期
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9 郭丽君;;基于LabVIEW的温室移动机器人导航系统[J];农机化研究;2011年03期
10 侯荣国;姜鹏鹏;张明娇;魏克香;刘春秀;陈乃常;;基于太阳能驱动的遥控移动草坪割草装置的设计[J];农机化研究;2012年09期
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2 彭文刚;智能割草机嵌入式控制技术的研究[D];南京理工大学;2011年
3 庄磊;智能移动机器人地图描述和导航方法研究[D];南京理工大学;2011年
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5 杨启东;缩小自主导航机器人传感器检测盲区的研究[D];江苏科技大学;2011年
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10 闫树兵;基于虚拟样机技术农业轮式移动平台的机械子系统研究[D];南京农业大学;2007年
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5 徐玢;除了立标准还立什么?[N];科技日报;2010年
6 本报记者 王怡舟;等待腾飞[N];电脑报;2001年
7 本报记者诸巍;“黑客帝国”:喧闹的伪哲学?[N];解放日报;2003年
8 骆蔚(西门子管理学院);了解日本人的“制胜方式”[N];中国图书商报;2006年
9 通讯员 朱凤芹;宗锦耀司长考察纽荷兰英国拖拉机工厂[N];中国农机化导报;2007年
10 顾钢;德国实用技术集锦(八)[N];科技日报;2004年
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4 Dioubate Mamady I;基于进化免疫系统理论的多机器人协作和机器人目标探索研究[D];中南大学;2009年
5 高妍南;基于变形仿生鳍的机器人减摇控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
6 张峥炜;基于生物启发的群机器人系统群体搭建机制研究[D];山东大学;2012年
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8 刘荣;广义脉码调制液压伺服控制的理论和应用研究[D];浙江大学;2003年
9 周宗锡;刚体姿态控制及其在机器人控制中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
10 朱欣志;两轮车的稳定性分析与控制研究[D];西北工业大学;2003年
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1 陈旭;无线网络环境下的机器人动态跟踪随机LQG算法[D];北京交通大学;2011年
2 邹治辉;基于传感器的煤矿救援机器人局部路径规划[D];西安科技大学;2010年
3 王坤;多机器人控制及其虚拟仿真[D];西安电子科技大学;2010年
4 刘敏;矿业机器人设计与实现[D];中国地质大学(北京);2011年
5 梁文君;机器人动态路径规划与协作路径规划研究[D];浙江大学;2010年
6 董健;腹腔微创手术机器人控制系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 胡振邦;输电线路除冰机器人控制策略研究[D];兰州理工大学;2011年
8 曹俊琴;一种基于思维进化算法的神经网络求解机器人逆运动学问题[D];太原理工大学;2005年
9 王伟;基于机器视觉的机器人二维曲线静态跟踪[D];山东大学;2005年
10 张中英;基于遗传算法的机器人神经网络控制系统[D];太原理工大学;2005年
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