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履带轮式移动平台转向分析及其自动驾驶系统设计
| 论文题名： | 履带轮式移动平台转向分析及其自动驾驶系统设计 |
| 关键词： | 履带轮式农机;自动驾驶;转向特性;直线行驶性 |
| 摘要： | 随着我国农机智能化水平的不断提高，以及卫星导航技术大规模推广应用，具有自动驾驶功能的农机越来越受市场欢迎。目前，农机自动驾驶研究以轮式和履带式为主，而以履带轮式底盘为结构特点的移动平台，既具有轮式机转向灵活的特点，又具有履带机接地面积大、接地比压低、附着性能好和牵引力较强等特点，其作用类似于拖拉机，可以作为农机具的动力机，悬挂犁、旋耕机、施肥装置、施药装置等进行农业作业。 直线行驶性是评价农机自动驾驶技术水平的主要指标，而机具的转向特性是直线行驶重要的控制依据，因此，在进行自动驾驶系统设计的同时，有必要对其转向特性进行研究。 本文以课题组先前研制的用于水田作业的履带轮式移动平台为对象，进行转向特性研究及其自动驾驶设计，具体工作内容如下： （1）通过阅读文献，了解了国内外关于履带轮式移动平台的研究和使用情况，以及农机自动驾驶研究现状。 （2）分析了履带轮式移动平台的转向特性，建立了其转向机构模型，并进行简化；根据转向液压缸活塞杆位移量和车轮转角关系公式，推导出方向盘转角和转向半径的理论关系公式；设计了一种车轮转角测量装置，以验证方向盘转角和车轮转角的理论关系，发现车轮实际偏转和理论值存在差异，说明车轮偏转不仅受地面条件影响，还受其他因素影响。 （3）进一步分析得到车轮转向影响因素，主要有地面条件、机具转向部件内摩擦力、机械传动间隙和行驶速度等。对影响履带轮式移动平台转向的因素进行正交试验，得到地面条件为影响履带轮式移动平台转向的首要因素；根据此结果，设计了关于硬地面、软地面和泥泞地面条件的水平试验，得到了三种地面条件下，方向盘转角与转向半径理论关系公式的修正系数依次为1.154、1.267和1.363。 （4）分析了农机自动驾驶过程中直线偏差的形成，根据试验得到的履带轮式移动平台转向特性公式，建立了纠偏方法和控制策略；根据农机自动驾驶系统组成、工作流程，对履带轮式移动平台进行自动驾驶设计、改造和安装，使其具备自动驾驶条件。 （5）采用CarSim/Simulink联合仿真平台和田间试验进行履带轮式移动平台自动驾驶仿真和验证，结果表明，采用修正后的方向盘转角和转向半径关系公式进行控制，直线行驶性更好，偏差小于0.1m，基本满足作业要求。 |
| 作者： | 钱玉帅 |
| 专业： | 农业工程 |
| 导师： | 卢泽民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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