机器人自行车系统设计及其建模控制研究

发布时间：2025-04-01 01:56

　　随着经济的发展和城市化的推进,共享单车逐渐成为一种广泛使用的交通工具。在共享单车大行其道的同时,人们也愈发关注其安全隐患问题。如何维持共享单车的动态平衡将成为提升其安全性能的一个关键。因此,本文致力于研究机器人自行车的动态平衡实现,主要工作包括机器人自行车的建模控制理论研究和机器人自行车系统开发,并利用该系统进行实验,通过实验数据评估实现效果。在设计系统之前,针对机器人自行车动力学建模与控制理论进行研究。从标准的机器人自行车组成结构开始介绍动力学建模方面的理论,随后在坐标系下对机器人自行车进行运动分析,并描述出无约束状态下机器人自行车的运动学关系。再根据这些运动学关系,列出机器人自行车前后轮接触地面之后的完整和非完整约束方程。利用数学方法消去约束方程和拉格朗日乘积因子,即可获得欧拉-拉格朗日动力学方程。完成动力学建模后,再利用该模型进行机器人自行车动态平衡的研究。为了实现动态平衡控制的目标,本文将在介绍平衡控制方面的理论的基础上,根据动力学方程进行控制器设计。并在仿真软件下对控制算法做仿真实验,通过观察仿真结果进行总结评估。这就是建模与控制理论方面的研究工作。通过前文的理论研究获得机器人...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文研究的主要内容和组织框架
第二章 机器人自行车的建模与控制理论
    2.1 机器人自行车的结构介绍
    2.2 机器人自行车动力学建模
        2.2.1 常见的动力学建模方法简介
        2.2.2 建立机器人自行车的动力学方程
    2.3 机器人自行车的控制理论
        2.3.1 机器人自行车动态平衡原理概述
        2.3.2 常见的非线性系统控制方法简介
        2.3.3 利用部分反馈线性化设计控制器
        2.3.4 动态平衡控制器仿真结果分析
    2.4 本章小结
第三章 机器人自行车硬件系统的设计
    3.1 机器人自行车车架介绍
    3.2 电子器件模块的介绍
        3.2.1 STM32控制板简介
        3.2.2 扭矩传感器
        3.2.3 转弯电机及其驱动器
        3.2.4 编码测速器
        3.2.5 电压变换器
        3.2.6 其它电子模块
    3.3 STM32主控板电路
        3.3.1 核心板电路
        3.3.2 底板电路
        3.3.3 电压小模块电路
    3.4 系统整体电路图
    3.5 本章小结
第四章 机器人自行车软件系统的开发
    4.1 软件整体框图介绍
    4.2 硬件模块的软件开发
    4.3 电机控制软件开发
    4.4 动态平衡控制的编程实现
    4.5 本章小结
第五章 方向盘控制器的设计开发
    5.1 方向盘总体结构介绍
    5.2 方向盘硬件
        5.2.1 电机控制电路
        5.2.2 电源电路
    5.3 方向盘软件
        5.3.1 初始化部分软件
        5.3.2 UCOS七个任务的软件实现介绍
    5.4 本章小结
第六章 系统测试与实验数据分析
    6.1 实验的准备及测试
    6.2 机器人自行车动态平衡测试结果分析
    6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：4038765