近年来,随着工业化、城镇化和农业现代化的迅速发展,以及解决三农问题的迫切要求,拖拉机作为主要农业机械,使用量日益增加,但我国拖拉机的自动化和智能化发展却相对滞后,全天候自主导航作业的智能拖拉机尚处于技术攻坚阶段。本文主要面向中小型马力拖拉机设计了一种拖拉机驾驶机器人,通过驾驶机器人各机械手/腿的运动,实现对拖拉机各执行机构的协调控制。论文的主要研究内容包括:(1)提出一种新颖的拖拉机驾驶机器人,设计拖拉机驾驶机器人系统架构,分别对驾驶机器人的各执行机构进行机械设计,并对要求较高的换挡机械手进行运动学和动力学分析,采用ADAMS工具对换挡机械手进行参数优化,对比优化前后换挡机械手的运动性能,并协同离合器作用进行优化后换挡机械手的运动仿真。(2)基于VS/LabVIEW软件平台设计拖拉机驾驶机器人上位机测控系统,通过ActiveX技术建立友好的人机交互界面,控制拖拉机驾驶机器人各机械手/腿的柔顺运动,以及各执行机构的力/力矩,位移/角度的实时采集。(3)重点对换挡机械手的控制方法进行研究,提出基于动态参数辨识的换挡机械手模糊自适应控制算法,首先通过滑动最小二乘法进行机械手“力-位置”模型的参数辨识,其次采用模糊控制器实现换挡机械手的模糊自适应控制,并通过力信号的小波入位检测判断换挡手柄是否成功入位。构建基于力反馈的换挡机械手模糊自适应PID控制系统,通过模糊控制器对PID参数的实时自整定,提高换挡机械手的运动平顺性。(4)为实现拖拉机驾驶机器人对给定速度的实时跟踪,提出一种模糊/PID动态切换控制方法,该方法根据所设定的切换律在系统与预设曲线偏差较大时采用模糊控制策略,在偏差较小时采用PID控制策略,从而实现在固定挡位下对油门机械腿的精确控制,实现良好的速度跟踪。(5)对研制的拖拉机驾驶机器人原理样机进行了实验研究。分别进行了换挡实验和速度跟踪实验。研究传统PID控制、模糊自适应控制、模糊自适应PID控制等不同控制策略,探究拖拉机驾驶机器人的换挡特性;通过模糊/PID动态切换控制方法,研究拖拉机驾驶机器人速度跟踪控制特性。研究表明模糊自适应PID控制方法的换挡稳态误差在6%以内,动态切换控制方法的车速跟踪误差在1Km/h以内,实验验证了所提控制方法的有效性和精确性。论文面向拖拉机结构特点及实时作业环境,开展了拖拉机驾驶机器人的研究,包括驾驶机器人机械设计、系统设计、机械手力学分析以及相关控制方法等,并通过实验验证了所提方法的有效性,为机器人技术与农业机械相结合提供了一种思路,对促进农业现代化和农业机械化水平有一定的现实意义。