獨輪車機(jī)器人轉(zhuǎn)彎平衡運動的理論與實驗研究.pdf

1、獨輪車機(jī)器人屬于典型的非線性、欠驅(qū)動和強(qiáng)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(zhuǎn)彎運動理論與實驗研究的前提和基礎(chǔ)。為此，本文以一種三驅(qū)動獨輪車機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了運動學(xué)和動力學(xué)分析，采用機(jī)械化建模方法為其建立了動力學(xué)模型。
　　(2)完成對現(xiàn)有一款獨輪車機(jī)器人的改造，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提升了行走輪、擺輪關(guān)節(jié)的驅(qū)動能力。該

2、測控系統(tǒng)以工控機(jī)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(jìn)行了測量，并且引入ZigBee無線數(shù)傳模塊作為上、下位機(jī)之間數(shù)據(jù)通信的傳輸方式。獨輪車機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)基礎(chǔ)上完成獨輪車機(jī)器人的側(cè)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(jìn)一步從樣機(jī)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(jī)器人虛擬樣機(jī)模型，以全方位平衡運動控制為前提設(shè)計了航向控制器，并聯(lián)合Matlab完成其S形轉(zhuǎn)彎平衡運動控制的仿真實驗。分析擺輪動力學(xué)參數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)了減輕擺輪質(zhì)量而增大其轉(zhuǎn)動慣量能快速提高側(cè)向平衡運動控制的效果，進(jìn)而改善獨輪