农业机器人是农业工程科学领域发展的重要方向,属于多学科融合的、综合性的、正处于蓬勃发展和进步中的高新技术。设施农业的发展极大推动了智能农业机械的发展,农业机器人逐渐成为农业智能机械的主攻方向,替代劳动者负责农产品生产管理,提高劳动生产率以及农产品品质,逐渐成为当前国际农业工程发展趋势。本课题在国家自然基金项目“欠驱动轮式移动农业机器人广义动力学及实时控制研究”的资助下进行研究。本文主要研究内容包括:查阅大量国内外相关文献,制定研究总体方案,确定研究技术路线,设计了欠驱动轮式移动农业机器人的机械硬件系统,机器人本体由轮式移动平台和前置的6自由度机械臂组成,通过变换末端执行器(采摘手,夹持器,喷头,除草割刀等)可实现功能扩展与实际功能适用。轮式移动平台主要由车架、后轮驱动机构、前轮转向机构组成;末端执行器则是根据实际作业要求进行灵活组合;后轮驱动机构采用链传动形式保证车体承载能力,适应恶劣的工作环境;前轮转向机构与机械臂底盘转向机构采用同步带传动保证转向精度;6自由度机械臂是由腰、肩、肘三个宏关节与3转动微关节组成的腕关节构成,通过伺服电机串联减速机获取足够力矩驱动机械臂转动实现以期望的速度、方向沿规划轨迹运动。基于Piper法则建立欠驱动轮式农业机器人的六自由度串联机械臂模型,通过D-H参数描述了末端执行器相对于基座坐标系的位姿,建立了D-H坐标系下6自由度串联机械臂正逆运动学方程,并利用Mathmatica软件编程予以符号解算,提出了逆解最优解选取原则,并在MATLAB环境下运用Robotics工具箱仿真模拟机械臂规避障碍,验证6自由度机械臂正逆运动学分析的正确性与机构设计的合理性。设计了以STM32为核心的机器人控制系统,采用PID算法以PWM+方向的控制模式实现机器人工作于速度、位置、力矩模式,编制了基于PID算法的下位机控制程序。在Solidworks环境下完成三维实体建模后,在ADAMS环境下对欠驱动轮式农业机器人进行了力矩、速度、角速度仿真,完成了采摘收获的特定功能仿真,并通过ADAMS与MATLAB联合仿真运用PID算法实现机器人的轨迹跟踪控制。在上述研究的基础上,研制了欠驱动轮式农业机器人第一代样机AMR-1,通过样机试验验证AMR-1机械机构的合理性与控制程序的可靠性、精确性。通过试验发现不足进行改善优化。