提高蘋果采摘機器人導航精度的方法研究.pdf

1、在農(nóng)業(yè)機械化、自動化過程中，果實采摘機器人逐漸成為研究熱點。目前，利用GPS定位技術進行農(nóng)業(yè)機器人自主導航研究變得越來越廣泛、成熟。本文以博創(chuàng)“旅行家IV”移動機器人作為蘋果采摘機器人導航研究平臺，將GPS與姿態(tài)方位參考系統(tǒng)(AHRS)相結合，以提高導航精度與控制精度為研究重點，對蘋果采摘機器人自主導航進行相關研究。通過對自適應卡爾曼濾波與變結構抗飽和PID控制進行分析，解決了模型不確定性、過飽和與干擾等問題。
　　本文首先對GP

2、S和AHRS組成的導航系統(tǒng)做了詳細分析，進而對自適應卡爾曼濾波與抗飽和PID控制相關技術進行了深入研究。GPS精度、AHRS精度與PID控制器共同決定了系統(tǒng)導航精度與控制精度。其中，探討分析了一種使用嚴格收斂判據(jù)條件，結合Sage_ Husa自適應濾波(SHAKF)與強跟蹤卡爾曼濾波的經(jīng)過改進的自適應卡爾曼濾波技術，具有較好的濾波精度與較強的自適應能力，有效抑制濾波發(fā)散，且解決了數(shù)學模型和噪聲統(tǒng)計模型不確定問題。利用實際估計誤差與理論預

3、計誤差作為判定依據(jù)，進行自適應調(diào)整，減少計算量，保證實時性與穩(wěn)定性，擁有很好的濾波精度。其次，利用變結構切換方法來解決PID控制器積分飽和現(xiàn)象，是一種采用自適應變化率實現(xiàn)自適應調(diào)整積分項的PID控制算法，有效抑制了控制器過飽和問題。由于控制系統(tǒng)受客觀環(huán)境影響，外界干擾長期存在，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。將改進的自適應濾波(ISHAKF)與抗飽和變結構PID控制(VSPID)相結合，既能有效抑制控制干擾，又能實現(xiàn)抗飽和作用，從而達到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與

4、控制精度的目的。
　　文中，第二章對GPS、AHRS和地圖組成的導航方案進行了介紹，并詳細分析了AHRS的工作原理、磁場干擾以及AHRS校正原理與方法。第三章分析了在工程背景下，卡爾曼濾波在導航技術中的應用;對GPS數(shù)據(jù)進行了卡爾曼濾波、強跟蹤濾波與自適應濾波仿真分析，經(jīng)過改進的自適應濾波提高了GPS精度，解決了模型不確定性問題。第四章對抗飽和PID控制器，及與改進的自適應濾波器相結合進行了研究，解決了系統(tǒng)在大信號輸入時可能出現(xiàn)的