獨輪車機器人轉彎平衡運動的理論與實驗研究.pdf

1、獨輪車機器人屬于典型的非線性、欠驅動和強耦合控制系統(tǒng)。它在運動過程中需要實現(xiàn)全方位運動平衡控制，這是其轉彎運動理論與實驗研究的前提和基礎。為此，本文以一種三驅動獨輪車機器人為對象，主要完成了以下幾個方面的工作：
　　(1)基于查浦雷金方程，對獨輪車機器人系統(tǒng)進行了運動學和動力學分析，采用機械化建模方法為其建立了動力學模型。
　　(2)完成對現(xiàn)有一款獨輪車機器人的改造，對其機械結構進行改進，提升了行走輪、擺輪關節(jié)的驅動能力。該

2、測控系統(tǒng)以工控機為算法處理和控制運算核心；以數(shù)字信號處理器TMS320F28335為信號處理和數(shù)據(jù)采集單元，輔以慣性測量單元(IMU)、增量式光電編碼器和電流傳感器對系統(tǒng)的狀態(tài)進行了測量，并且引入ZigBee無線數(shù)傳模塊作為上、下位機之間數(shù)據(jù)通信的傳輸方式。獨輪車機器人的改造為后續(xù)的實驗提供了良好的平臺。
　　(3)針對獨輪車機器人全方位運動提出基于模糊自整定的部分反饋線性化控制器，并對其進行了數(shù)值仿真實驗，驗證了該控制器的有效性

3、和優(yōu)越性。
　　(4)在樣機基礎上完成獨輪車機器人的側向平衡運動控制實驗、俯仰平衡運動控制實驗和全方位平衡運動控制實驗，進一步從樣機實驗的角度檢驗控制器的有效性。
　　(5)在Adams環(huán)境下建立獨輪車機器人虛擬樣機模型，以全方位平衡運動控制為前提設計了航向控制器，并聯(lián)合Matlab完成其S形轉彎平衡運動控制的仿真實驗。分析擺輪動力學參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)了減輕擺輪質量而增大其轉動慣量能快速提高側向平衡運動控制的效果，進而改善獨輪