非完整轮式机器人动力学模拟及控制问题研究
发布时间：2020-12-07 21:08
随着科学技术领域及产业的不断扩展,智能机器人已成为目前研究的重要内容之一。在诸多类型的智能机器人当中,轮式移动机器人因其具有良好的运动性能和避障能力等,应用场景越来越广泛。然而因其本身具有非完整约束的特点,加之在复杂环境中容易受到诸多不确定因素的影响,所以它的运动将表现出更大的复杂性,其运动控制也将具有一定挑战性。因此,对非完整约束状态下的轮式机器人系统的动力学建模和动态仿真模拟及其控制问题的研究具有非常重要的现实意义。本文主要从以下几个方面展开深入研究:（1）分别介绍国内外非完整系统动力学和轮式机器人的研究现状。又进一步介绍轮式机器人的基本构造和特点及其建模方法和基础理论。主要包括牛顿矢量力学系统和以拉格朗日方程为代表的分析力学系统。其中分析力学体系中的Routh方程和高斯原理是处理动力学问题的常用方法,能够较方便的处理复杂多刚体系统动力学及控制问题。（2）采用非完整力学常用方法Routh方程建立了轮式机器人的运动学和动力学模型。基于无侧滑状态建立系统的动力学方程并模拟,能直观地看出系统运动的不确定性。其次考虑驱动力矩不对称时系统会发生侧滑现象,给出前轮侧滑的非光滑约束条件和临界状态...
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外相关研究
1.2.1 非完整系统动力学研究现状
1.2.2 移动机器人研究现状
1.2.3 轮式移动机器人建模方法及基础理论
1.2.4 非完整轮式机器人控制方法
1.3 本文主要内容与结构安排
第2章 非完整系统与轮式移动机器人简介
2.1 引言
2.2 约束、广义坐标和自由度
2.3 非完整约束
2.3.1 非完整约束的条件及特征
2.3.2 非完整约束的判别
2.3.3 非完整系统在位形空间中的可达性
2.4 非完整约束实例分析
2.5 轮式机器人的构造和基本特征
2.5.1 轮式移动机器人构成要素
2.5.2 轮式移动机器人基本构型
2.6 轮式移动机器人的非完整特性分析
2.7 本章小结
第3章 基于Routh方程的非完整系统动力学建模分析
3.1 引言
3.2 Routh方程
3.3 移动机器人的力学建模
3.3.1 移动机器人系统的运动模型
3.3.2 动力学方程
3.3.3 数值仿真分析
3.4 考虑侧滑时的力学建模及仿真
3.4.1 前轮运动的非光滑约束条件
3.4.2 支撑力模型与库伦摩擦力计算
3.4.3 数值仿真分析
3.5 本章小结
第4章 基于高斯原理的非完整系统动力学分析
4.1 引言
4.2 高斯原理简介
4.2.1 力学的变分原理
4.2.2 高斯原理
4.2.3 质点形式的高斯最小拘束原理
4.2.4 广义坐标形式的高斯最小拘束原理
4.3 准坐标形式的高斯最小拘束原理
4.3.1 准速度与准坐标
4.3.2 准坐标形式的高斯最小拘束原理推导
4.4 实例分析
4.5 仿真结果
4.6 本章小结
第5章 基于动力学模型的轨迹规划与跟踪控制
5.1 引言
5.2 建立带输入补偿的优化控制模型
5.3 李雅普诺夫稳定性理论
5.4 轨迹跟踪及动力学控制模型
5.4.1 轨迹跟踪原理
5.4.2 动力学控制模型建立
5.5 控制器模型
5.5.1 控制器数学模型
5.5.2 速度跟踪控制器设计
5.5.3 转角跟踪控制器设计
5.5.4 建立Simulink仿真模型
5.5.5 仿真结果
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 本文的主要创新
6.3 本文工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]广义坐标的形成史[J]. 梅凤翔,李彦敏,吴惠彬. 动力学与控制学报. 2017(05)
[2]分析动力学中的基本方程与非完整约束[J]. 刘才山. 北京大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控制[J]. 陈罡,高婷婷,贾庆伟,周奇才,黄江帅,王薇. 控制理论与应用. 2015(04)
[4]广义坐标形式的高斯最小拘束原理及其推广[J]. 姚文莉,戴葆青. 力学与实践. 2014(06)
[5]含单边非完整约束飞机滑跑的建模与仿真方法[J]. 徐梓尧,王琪. 北京航空航天大学学报. 2015(05)
[6]基于高斯原理的多体系统动力学建模[J]. 刘延柱. 力学学报. 2014(06)
[7]非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制[J]. 闫茂德,吴青云,贺昱曜. 系统仿真学报. 2007(03)
[8]平行双轮电动车的建模与控制仿真[J]. 韩建海,李航,白玉川,李济顺. 中国机械工程. 2005(08)
[9]一类不确定非完整动力学系统的时变镇定[J]. 董文杰,霍伟. 自动化学报. 1999(03)
[10]一类不确定非完整动力学系统的鲁棒镇定及其在移动机器人中的应用[J]. 王朝立,霍伟. 机器人. 1998(06)
博士论文
[1]轮式机器人的移动系统建模及基于模型学习的跟踪控制研究[D]. 宋兴国.哈尔滨工业大学 2015
[2]非完整轮式移动机器人的运动控制[D]. 马海涛.中国科学技术大学 2009
[3]轮式移动机器人的运动控制[D]. 祝晓才.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]三轮移动机器人运动控制系统研究与实现[D]. 王兵.东南大学 2017
[2]四驱轮式移动机器人建模与运动控制研究[D]. 卓颖莉.浙江大学 2017
[3]关于非完整动力学的几个基本问题[D]. 金波.湖南大学 2003
本文编号：2903901
【文章来源】：青岛理工大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外相关研究
1.2.1 非完整系统动力学研究现状
1.2.2 移动机器人研究现状
1.2.3 轮式移动机器人建模方法及基础理论
1.2.4 非完整轮式机器人控制方法
1.3 本文主要内容与结构安排
第2章 非完整系统与轮式移动机器人简介
2.1 引言
2.2 约束、广义坐标和自由度
2.3 非完整约束
2.3.1 非完整约束的条件及特征
2.3.2 非完整约束的判别
2.3.3 非完整系统在位形空间中的可达性
2.4 非完整约束实例分析
2.5 轮式机器人的构造和基本特征
2.5.1 轮式移动机器人构成要素
2.5.2 轮式移动机器人基本构型
2.6 轮式移动机器人的非完整特性分析
2.7 本章小结
第3章 基于Routh方程的非完整系统动力学建模分析
3.1 引言
3.2 Routh方程
3.3 移动机器人的力学建模
3.3.1 移动机器人系统的运动模型
3.3.2 动力学方程
3.3.3 数值仿真分析
3.4 考虑侧滑时的力学建模及仿真
3.4.1 前轮运动的非光滑约束条件
3.4.2 支撑力模型与库伦摩擦力计算
3.4.3 数值仿真分析
3.5 本章小结
第4章 基于高斯原理的非完整系统动力学分析
4.1 引言
4.2 高斯原理简介
4.2.1 力学的变分原理
4.2.2 高斯原理
4.2.3 质点形式的高斯最小拘束原理
4.2.4 广义坐标形式的高斯最小拘束原理
4.3 准坐标形式的高斯最小拘束原理
4.3.1 准速度与准坐标
4.3.2 准坐标形式的高斯最小拘束原理推导
4.4 实例分析
4.5 仿真结果
4.6 本章小结
第5章 基于动力学模型的轨迹规划与跟踪控制
5.1 引言
5.2 建立带输入补偿的优化控制模型
5.3 李雅普诺夫稳定性理论
5.4 轨迹跟踪及动力学控制模型
5.4.1 轨迹跟踪原理
5.4.2 动力学控制模型建立
5.5 控制器模型
5.5.1 控制器数学模型
5.5.2 速度跟踪控制器设计
5.5.3 转角跟踪控制器设计
5.5.4 建立Simulink仿真模型
5.5.5 仿真结果
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 本文的主要创新
6.3 本文工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]广义坐标的形成史[J]. 梅凤翔,李彦敏,吴惠彬. 动力学与控制学报. 2017(05)
[2]分析动力学中的基本方程与非完整约束[J]. 刘才山. 北京大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控制[J]. 陈罡,高婷婷,贾庆伟,周奇才,黄江帅,王薇. 控制理论与应用. 2015(04)
[4]广义坐标形式的高斯最小拘束原理及其推广[J]. 姚文莉,戴葆青. 力学与实践. 2014(06)
[5]含单边非完整约束飞机滑跑的建模与仿真方法[J]. 徐梓尧,王琪. 北京航空航天大学学报. 2015(05)
[6]基于高斯原理的多体系统动力学建模[J]. 刘延柱. 力学学报. 2014(06)
[7]非完整移动机器人的自适应滑模轨迹跟踪控制[J]. 闫茂德,吴青云,贺昱曜. 系统仿真学报. 2007(03)
[8]平行双轮电动车的建模与控制仿真[J]. 韩建海,李航,白玉川,李济顺. 中国机械工程. 2005(08)
[9]一类不确定非完整动力学系统的时变镇定[J]. 董文杰,霍伟. 自动化学报. 1999(03)
[10]一类不确定非完整动力学系统的鲁棒镇定及其在移动机器人中的应用[J]. 王朝立,霍伟. 机器人. 1998(06)
博士论文
[1]轮式机器人的移动系统建模及基于模型学习的跟踪控制研究[D]. 宋兴国.哈尔滨工业大学 2015
[2]非完整轮式移动机器人的运动控制[D]. 马海涛.中国科学技术大学 2009
[3]轮式移动机器人的运动控制[D]. 祝晓才.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]三轮移动机器人运动控制系统研究与实现[D]. 王兵.东南大学 2017
[2]四驱轮式移动机器人建模与运动控制研究[D]. 卓颖莉.浙江大学 2017
[3]关于非完整动力学的几个基本问题[D]. 金波.湖南大学 2003
本文编号：2903901
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