果园巡检机器人长臂抖动抑制方法

来源：农业工程学报杂志2021年第17期北京时间：

作者：姜海勇,姜文光,邢雅周,李娜,杨欣,

摘要：针对果园巡检机器人长臂因抖动而严重制约图像采集效率的问题，该研究提出基于臂体上3个部位的仰角构建单一反馈量进行抖动抑制的方法。首先基于臂体外伸段的有限元模态分析结果，通过固有频率和静变形的等效，建立三杆两扭簧等效机构的动力学模型。并基于微分平坦理论将3个倾角传感器读数合成为一个系统输出量，以平坦输出量作为被控量，采用PID控制器进行抑振试验，再利用自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）思想中对广义扰动的处理方法，将被控模型等效为二阶系统形式，并将模型信息代入到扩张状态观测器中进行对比试验。试验结果表明，基于本文构建的方法均能起到快速抑制长臂抖动的作用。在冲击作用致使末端产生10°幅值的抖动情况下，PID控制器实现了7 s内抑制大幅抖动，自抗扰控制器实现了8 s内快速抑制大幅抖动的效果。PID控制器的输出出现3次饱和现象且小幅较高频率抖动不易消除，而自抗扰控制器仅出现一次饱和，具有抖动抑制过程平滑的优点。本文的控制算法简洁适于在单片机等微型计算机系统中应用，系统结构简单成本低，可为现代农业装备研发与应用中解决长臂类结构抖动的主动抑制问题提供理论参考。

关键词：抖动抑制, 模态等效, 果园巡视机器人, 长柔性臂, 微分平坦, 自抗扰控制