带辅助臂的两轮机器人建模与控制研究

发布时间：2020-09-25 09:49

　　 轮式移动机器人因具有灵活高效、稳定快速的移动能力,在物流运输、探索搜救、材料操作、服务娱乐等领域都有十分重要的应用。而两轮机器人因具有任意半径转弯、原地调头、灵活避障、结构简单等突出优点受到了很多研究者和工业界人士的关注。但是传统两轮机器人的结构决定了两轮机器人是一个欠驱动、本质不稳定的系统,在运动过程中驱动轮转角和上身倾角具有强耦合性,驱动轮运动状态变化必然引起上身倾角的变化。针对这一问题,本文提出了一种带辅助臂的两轮机器人,以实现两轮机器人在不平路面匀速运动以及在平整路面加减速运动过程中始终保持上身竖直为目标,进行了以下几个方面的研究。带辅助臂两轮机器人动力学建模。通过牛顿-欧拉法推导了两轮机器人在不平路面上的动力学模型,并对在不平路面上的两轮机器人动力学系统平衡点进行分析,为机器人的控制算法推导奠定基础。两轮机器人控制算法和辅助臂控制策略的研究。基于滑模控制理论两轮机器人滑模控制算法,为机器人的控制提供底层的控制算法。利用机器人的动力学模型提出基于扩展卡尔曼滤波的传统两轮机器人和带辅助臂两轮机器人在不平路面上运动时的不平路面倾角估计算法,实时估计路面倾角,通过路面倾角估计值消除速度稳态误差。针对不平路面匀速运动和平整路面上加减速运动两种情况提出基于质心的辅助臂控制策略,通过上层辅助臂的轨迹调整机器人质心位置实现两轮机器人在运动时始终保持竖直。两轮机器人仿真和实验研究。针对上述内容,基于MATLAB分别对在不平路面匀速运动和在平整路面加减速运动两种情况进行仿真研究,验证算法有效性并进行参数整定。搭建带辅助臂两轮机器人实验平台,分别进行不平路面上和平整路面上两轮机器人实验,在实际平台上证明滑模控制器、路面倾角估计算法、基于质心的辅助臂控制策略的有效性,辅助臂的存在可以提高两轮机器人的抗干扰性和灵活性,并在实现在运动过程中始终保持两轮机器人上身保持竖直。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP242
【部分图文】：

山藤和男的两轮机器人[4]

JOE两轮机器人[5]

图 1-3 nBot 两轮机器人[7]图 1-4 Segway PT 载人两轮机名 LEGO 公司的 Steve 利用乐高模块设计了两轮机器人。LegWay 通过光电距离传感器来测量机器人的上身倾制输出来实现上身的自平衡，直线运动等。LegWay 还搭器来检测地面上的黑线，可以实现自动地巡线行驶。Le

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本文编号：2826568