基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的兩輪自平衡機(jī)器人的仿真研究.pdf

1、兩輪自平衡機(jī)器人是輪式移動(dòng)機(jī)器人中重要的一類仿生系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)平衡控制問題是機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)研究中的重要問題之一。為了驗(yàn)證兩輪自平衡機(jī)器人設(shè)計(jì)的有效性和提高兩輪自平衡機(jī)器人設(shè)計(jì)的效率，本文采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對兩輪自平衡機(jī)器人進(jìn)行了仿真研究。取得了如下成果： 1、建立了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)體系，及其等效簡化結(jié)構(gòu)的多剛體動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對兩輪自平衡機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，特別地，導(dǎo)出了其簡化結(jié)構(gòu)多剛體系統(tǒng)的lagrang

2、e動(dòng)力學(xué)方程組，針對機(jī)器人在傾斜面上的運(yùn)動(dòng)，建立了兩輪自平衡機(jī)器人特定運(yùn)動(dòng)模式下的數(shù)學(xué)模型；同時(shí)分析研究了兩輪自平衡機(jī)器人重心位置不同情況下的性能變化情況。 2、參照兩輪自平衡機(jī)器人實(shí)際的幾何參數(shù)、物理特性，建立了兩輪自平衡機(jī)器人的三維實(shí)體模型，并利用ADAMS的專業(yè)圖形接口，創(chuàng)建約束，建立了三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的兩輪自平衡機(jī)器人的仿真模型。 3、在三維虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中，應(yīng)用PID控制方法實(shí)現(xiàn)了兩輪自平衡機(jī)器人的姿態(tài)平衡控

3、制和速度控制、越障控制。首先，證明機(jī)器人系統(tǒng)在穩(wěn)定點(diǎn)鄰域局部可控。然后，將系統(tǒng)解耦成為直線運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)子系統(tǒng)，分別控制兩個(gè)子系統(tǒng)。最后，針對機(jī)器人直立平衡和速度控制、越障控制進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示控制方法可行。 本文的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持，相關(guān)研究成果已經(jīng)得到國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的軟件著作權(quán)授權(quán)證書，所寫論文被2009中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)二十四屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)正式錄用。本文的研究工作對于兩輪自平衡機(jī)器