双轮自平衡机器人设计及轨迹跟踪控制研究

发布时间：2021-08-11 04:39

　　仿人机器人是机器人领域中的一个热门的研究方向。解决仿人机器人的前进问题是仿人机器人领域中的一个重要课题。轮式机器人具有机动性高,并且在狭小空间内灵活的运动的能力。因此轮式机器人是解决仿人机器人前进问题的一个很好的解决方案。双轮自平衡机器人是一个非线性的欠驱动系统,如何实现对双轮自平衡机器人的轨迹跟踪控制一直以来都是该研究方向的重点和难点。本文主要以双轮自平衡机器人作为研究对象,设计双轮自平衡机器人实验样机,研究双轮自平衡机器人的轨迹跟踪控制。实验平台是实验研究的基础,其搭建是否合理,直接影响了后期所设计的控制方法能否很好的执行。本文分别从机械系统和硬件系统两方面阐述了双轮自平衡机器人的设计过程。机器人采用双轮中心共线布置,整体结构设计较为紧凑,有利于后续模型构建。硬件控制系统中,选择微控制器和传感器等关键元件,并设计了硬件系统部分控制电路。采用牛顿欧拉方法建立了双轮自平衡机器人动力学模型,并运用最小二乘参数辨识方法获取相关动力学参数。最后,完成带约束的轨迹规划,为后续的控制仿真与实验提供合理的期望轨迹。由于所建立的动力学模型存在耦合,故将双轮自平衡机器人解耦为前行系统和转向系统,分别设... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

山藤一雄双轮平衡车

图 1-1 山藤一雄双轮平衡车 图 1-2 JoeDavid P. Anderson 等人于 2003 年设计了 nBot 这款机器人，该机器人典的双轮自平衡机器人，其通过先直接测量车身与竖直平面的俯仰角的角速度和底盘两轮中心的位置、速度，然后将传感器采集的信息输制器，然后控制器通过输出的电流信号来控制电机的转矩，通过相应

图 1-3 nBot 图 1-4 FLATHRU002 年，“机器人世界杯”由日本三洋电机公司在福冈所举行。在出了名为“FLATHRU”的两轮行走机器人，如图 1-4 所示。身体也设计为双轮结构，在其车体底部。FLATHRU 在前进和后退时过直接地加速或者减速电机来达到目的，而是主动地将车身向后

【参考文献】：
期刊论文
[1]一类不确定非线性系统的改进积分型滑模控制[J]. 李鹏,马建军,李文强,郑志强.  控制与决策. 2009(10)
[2]倒立摆系统的建模及MATLAB仿真[J]. 曾志新,邹海明,李伟光,周建辉.  新技术新工艺. 2005(10)
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博士论文
[1]两轮自平衡移动机器人建模与控制研究[D]. 茅力非.华中科技大学 2013
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硕士论文
[1]基于PID和LQR控制的两轮自平衡小车研究[D]. 陆军.西南交通大学 2012
[2]两轮自平衡小车软硬件研发与基于模糊线性化模型的变结构控制研究[D]. 刘斌.西安电子科技大学 2009
[3]本质不稳定两轮车辅助平衡装置的智能控制[D]. 叶聪红.西安电子科技大学 2006



本文编号：3335473