單球機器人動力學與控制研究

1、内容簡介

單球機器人動力學與控制研究

326-可以交流、咨詢、答疑

2、内容說明

單球機器人是一種本征不穩定的動平衡機器人,它與地面單點接觸,運動靈活,同時具有多變量、高度非線性、時變等特點,近年來成為輪式機器人領域研究的熱點。相對于傳統輪式機器人而言,單球機器人轉彎半徑幾乎為零,可以在任何時候轉向任意方向,同時在機械結構上的纖細苗條的特點使得該機器人能夠在狹窄的空間工作,因而具有廣泛的應用前景。本文旨在研究單球機器人動力學與控制模型,為最終實作機器人的平穩的自主移動奠定基礎。通過對單球機器人的運動規律進行研究,将該機器人的運動分解到慣性坐标系三個平面,并在這三個平面分别對機器人的動能和勢能進行數學模組化,再根據拉格朗日方程建立機器人的動力學模型。在平衡點附近對機器人的非線性數學模型進行線性化,得出對應的狀态方程,在此基礎上對系統進行能控性和能觀性分析。對機器人的平衡控制的研究,本文提出LQR結合PID的控制算法模型,對機器人的XOZ和YOZ平面采用LQR最優控制算法,而将PID控制算法應用到機器人的XOY平面,在Matlab-Simulink軟體平台上對機器人系統平面模型的狀态方程進行控制算法效果研究。達到滿意的控制效果後,采用Matlab-Simulink軟體和Adams軟體進行聯合仿真實驗,經過反複多次的參數調整,結果顯示所設計的控制器對于高階非線性單球機器人系統的控制能夠達到理想的效果

3、仿真分析