Traktorin kehittyneen takanostolaitteen karteesinen ohjaus
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2012
Department
Major/Subject
Automaatiotekniikka
Mcode
Aut-8
Degree programme
Language
fi
Pages
[10] + 69 s.
Series
Abstract
The movement of a traditional three-point hitch of an agricultural tractor provides one degree of freedom. This limits the use of hitched implements and forces implement manufacturers to build additional hydraulics into the implement. In this research a tractor was instrumented to provide two rotational and two translational degrees of freedom for the rear hitch. The goal was to develop a control system which allows the operator to control the rear hitch in Cartesian space. To allow Cartesian control four different models of the inverse kinematics of the rear hitch were developed. Three of them were chosen for field tests based on feasibility for real-time control. First model was a geometrical one. A hybrid model used the iterative DLS-method for calculating the inverse kinematics for the lower links from the direct kinematic transform and rotation matrix for calculating the upper link control. Third model used DLS-method with a few modifications: the restriction for the lower hitch point span was considered as one state of the system and also the jacobian of the upper link was augmented to the inversed jacobian. Algebraic solution proved too complex and was thus not tested. For controlling the rear hitch a system of two ECUs was made. A PhyCORE MPC555-computer module was used to read analog measurements and control the cylinders of the rear hitch. A Toradex Colibri computer module was used to calculate the inverse kinematics and to handle communications with the user via a joystick and a virtual terminal. In software development Simulink C-code generation was utilized for both computers. A user interface for VT was also developed with PoolEdit. All three kinematical models provided logically correct behavior in the actual test tractor, with minor differences in repeatability and absolute accuracy. The system provides a good solution to situations where controllability of the implement is advantageous without requiring extra effort from the operator.Traktorin tavanomainen takanostolaite tarjoaa yhden ajon aikana ohjattavan vapausasteen. Monissa työtehtävissä olisi kuitenkin hyötyä nostolaitteen vapaammasta liikuteltavuudesta. Tässä tutkimuksessa instrumentoitiin testitraktori lisäsylinterein ja tarvittavin mittauksin siten että saavutettiin neljä ohjattavaa vapausastetta. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää kehittyneemmälle nostolaitteelle operaattorin kannalta helppokäyttöinen ohjaus, jossa yksittäisten sylinterien sijaan ohjataan nostolaitteen paikkaa ja asentoa karteesisessa avaruudessa. Jotta nostolaite olisi karteesisesti ohjattavissa, laadittiin nostolaitteesta neljä erilaista käänteistä kinemaattista mallia ja vertailtiin näitä. Ensimmäinen malli määritettiin nostolaitteen geometriasta työntövartta lukuun ottamatta, joka laskettiin rotaatiomatriisilla. Toisessa mallissa vetovarsien ohjaukset laskettiin iteratiivisella DLS-mallilla ja työntövarsi määritettiin rotaatiomatriisilla. Kolmas malli perustui myös DLS-ratkaisuun, mutta työntövarren jakobiaani oli augmentoitu varsinaisen nostolaitteen käännetyn jakobiaanin perään. Neljäs, algebrallinen malli osoittautui laskennallisesti monimutkaiseksi ja jätettiin siksi pois varsinaisista testeistä. Ohjausjärjestelmän testaamiseksi todellisessa laitteistossa laadittiin kaksitasoinen sulautettu ohjausjärjestelmä. PhyCORE MPC555 -tietokone suoritti analogisten mittausten luvun ja yksittäisten sylinterien ohjauksen. Toradex Colibri -tietokone kommunikoi käyttäjän kanssa virtuaaliterminaalin ja joystickin välityksellä, laski käänteisen kinemaattisen muunnoksen halutun karteesisen paikan perusteella ja lähetti sylinterien ohjaukset MPC:lle. Molempien tietokoneiden ohjelmistokehityksessä hyödynnettiin Matlabin Simulink-työkalun C-koodigenerointimahdollisuuksia. Nostolaitteelle toteutettiin myös virtuaaliterminaalikäyttöliittymä PoolEdit-työkalulla. Kaikki kolme testattua mallia toimivat loogisesti oikein ja tarjosivat käyttäjälle intuitiivisen ohjaustuntuman. Mallien absoluuttisessa tarkkuudessa ja toistotarkkuudessa oli pieniä, mutta havaittavia eroja. Voidaan todeta, että saadut ratkaisut tarjoavat takanostolaitteelle monipuolisempaa ohjattavuutta aiheuttamatta operaattorille merkittävää lisäkuormitusta.Description
Supervisor
Visala, ArtoThesis advisor
Backman, JuhaKeywords
ISO 11783, robotiikka, mekatroniikka, käänteinen kinematiikka, ISO 11783, robotics, mechatronics, inverse kinematics