獨(dú)輪車機(jī)器人轉(zhuǎn)彎平衡運(yùn)動(dòng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、獨(dú)輪車機(jī)器人屬于典型的非線性、欠驅(qū)動(dòng)和強(qiáng)耦合控制系統(tǒng)。它在運(yùn)動(dòng)過程中需要實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)平衡控制，這是其轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)理論與實(shí)驗(yàn)研究的前提和基礎(chǔ)。為此，本文以一種三驅(qū)動(dòng)獨(dú)輪車機(jī)器人為對(duì)象，主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　(1)基于查浦雷金方程，對(duì)獨(dú)輪車機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，采用機(jī)械化建模方法為其建立了動(dòng)力學(xué)模型。
　　(2)完成對(duì)現(xiàn)有一款獨(dú)輪車機(jī)器人的改造，對(duì)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(dòng)能力。該

2、測(cè)控系統(tǒng)以工控機(jī)為算法處理和控制運(yùn)算核心；以數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F28335為信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集單元，輔以慣性測(cè)量單元(IMU)、增量式光電編碼器和電流傳感器對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)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(dú)輪車機(jī)器人的改造為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提供了良好的平臺(tái)。
　　(3)針對(duì)獨(dú)輪車機(jī)器人全方位運(yùn)動(dòng)提出基于模糊自整定的部分反饋線性化控制器，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(dú)輪車機(jī)器人的側(cè)向平衡運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)、俯仰平衡運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)和全方位平衡運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步從樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的角度檢驗(yàn)控制器的有效性。
　　(5)在Adams環(huán)境下建立獨(dú)輪車機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型，以全方位平衡運(yùn)動(dòng)控制為前提設(shè)計(jì)了航向控制器，并聯(lián)合Matlab完成其S形轉(zhuǎn)彎平衡運(yùn)動(dòng)控制的仿真實(shí)驗(yàn)。分析擺輪動(dòng)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(dòng)慣量能快速提高側(cè)向平衡運(yùn)動(dòng)控制的效果，進(jìn)而改善獨(dú)輪