温室喷药机器人路径跟踪控制研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：

随着电子技术和计算机技术的发展，诞生于美国的智能机器人技术正越来越被世界各国重视，它已在许多领域得到了广泛的应用。在农业生产中，由于易对植被造成损害、易污染环境等问题，传统的机械通常存在着这样或那样的缺点，为了解决这个问题，国内外都在进行农业机器人的研究。智能化和自动化技术的长足进展，为应用于非结构化环境的农业机器人开发打下了坚实的基础，如近几年出现的耕耘机器人、嫁接机器人、农药喷赛机器人、瓜果采摘机器人、温室管理机器人等，都是现代高科技在农业上综合运用与发展的结果。使用农业机器人可以提高劳动生产率，解决劳动力不足改善农业生产环境，防止农药化肥等对人体造成伤害，提高作业质量。

我国是一个农业大国，虽然农业人口众多，但随着工业化进程的不断加速，可以预计着农业劳动力向其他产业转移，实际上进入21世纪以后，我国面临着比世界任何国家都要严重的人口老龄化问题，农业劳动力不足的问题将日益凸显,在日本、美国等发达国家，农业人口随着农业生产的规模化‘、多样化、精确化，劳动力不足的矛盾越来越突出，许多作业项目如蔬菜水果的挑选与采摘等都是6工作，再加上农时季节要求，劳动力短缺的问题越来越突出。因此，世界各国对农业机器人非常重视，投入了大量的资金的资金和人力进行机器人的研究开发。

2. 研究内容和预期目标

研究主要内容：

病虫害防治是温室农作物生产环节中的重要方面。按照精准农业的发展要求，温室农作物生产既要有效控制病虫害，又必须注意生态环境的保护，降低农产品药物残量。采用机器人来完成喷雾作业可避免劳动者直接接触农药、减轻农药中毒风险、节省农业劳动力以及降低劳动强度。同时与变量喷雾系统结合实现精确喷雾和自动喷雾可以达到有效利用农药、减少农药用量、减轻环境污染的目的，越来越多的国家已经在农业生产中使用温室喷药机器人，相关的技术水平也在不断提高。然而，在温室生产中，移动喷药机器人的作业环境比较复杂，若实现移动机器人在行间对作物实施精准喷药，除要求对作物受害面积及病虫害程度精确检测之外，准确的路径跟踪是喷药机器人实现农作物精准喷药的关键。

本课题的目的是为克服现有技术的不足，针对温室喷药移动机器人，提出一种基于积分加权增益趋近律的滑模控制方法实现其轨迹跟踪控制，该控制算法增益项中包含切换函数s积分的绝对值，当s趋近于零时，切换项的增益趋近于零，从而消除抖振；当系统状态不在滑动模态时,虽然s值较大，由于积分加权系数k_f为负，可有效避免当系统不在滑动模态阶段时切换增益的增大。本发明所设计滑模控制器不依赖于被控对象精确的数学模型，具有响应快、对参数和环境变化不敏感、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点，而积分加权增益趋近律的引入可有效消除滑模控制系统固有的抖振问题。在不增加系统硬件成本的条件下，通过软件控制的方法提高移动机器人的轨迹跟踪精度和抗干扰能力，从而进一步实现温室移动机器人在行间对作物实施精准喷药。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

智能机器人涉及到许多关键技术，这些技术关系到智能机器人的智能性的高低。这些关键技术主要有以下几个方面：

（1）多传感信息耦合技术，多传感器信息融合就是指综合来自多个传感器的感知数据,以产生更可靠、更准确或更全面的信息，经过融合的多传感器系统能够更加完善、精确地反映检测对象的特性,消除信息的不确定性,提高信息的可靠性。

4. 参考文献

[1]

[1]曹峥勇，张俊雄，耿长兴，等.温室对靶喷雾机器人控制系统[j].农业工程学报，2010，26(2)：228－233.

cao zhengyong, zhang junxiong, geng changxing, et al. control system of target spraying robot in greenhouse[j]. transactions of the chinese society of agricultural engineering (transactions of the csae), 2010, 26(2): 228－233. (in chinese with english abstract)

5. 计划与进度安排

1.绪论部分（温室喷药移动机器人的发展现状、关键技术、目的意义） 4.1-4.10

2.移动人机构及运动学分析(系统、运动学建模） 4.11-4.20