在各種移動式機(jī)器人產(chǎn)業(yè)日漸繁榮和成熟的同時,兩輪前后縱向布置的自行車機(jī)器人具有可快速通過狹長空間、結(jié)構(gòu)簡單、能耗較低等優(yōu)點(diǎn),卻在社會和學(xué)術(shù)界鮮有顯著發(fā)展。本文針對自行車機(jī)器人這一具有典型的對稱性欠驅(qū)動非完整約束系統(tǒng)難于實現(xiàn)的平衡控制問題,根據(jù)車體本身質(zhì)量及其幾何關(guān)系,通過對其動力學(xué)模型的推導(dǎo)和分析,利用力矩相等、受力平衡等原理,期望控制在不同橫滾傾角下由電機(jī)帶動慣性輪轉(zhuǎn)動的加速度和速度維持自行車平衡。同時由多關(guān)節(jié)仿人型機(jī)器人“腿蹬”自行車驅(qū)動,使自行車機(jī)器人實現(xiàn)有效的自平衡直線、簡單曲線及組合路徑下的騎行。本論文的主要工作在于自行車機(jī)器人的動力學(xué)建模和平衡控制器設(shè)計,包括探究兩種自行車機(jī)器人系統(tǒng)分別在車體橫滾角同慣性輪電機(jī)輸出值的關(guān)系和車把動態(tài)轉(zhuǎn)向過程中車把轉(zhuǎn)動角度與車體橫滾角的關(guān)系。本文使用牛頓-歐拉法進(jìn)行動力學(xué)建模,設(shè)計使用傳統(tǒng)的雙環(huán)PID控制器對“機(jī)器人騎自行車”系統(tǒng)的慣性輪電機(jī)進(jìn)行反饋控制,使用多舵機(jī)協(xié)同控制指令控制仿人形機(jī)器人腿蹬自行車和車把舵機(jī)的轉(zhuǎn)向,使用藍(lán)牙模塊、超聲及預(yù)定控制時序?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通信、避障和沿預(yù)定軌跡行進(jìn),同時將針對于簡化后的自行車機(jī)器人系統(tǒng)使用拉格朗日法建模及... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 自行車機(jī)器人系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展
        1.1.1 國外自行車機(jī)器人系統(tǒng)的研究發(fā)展
        1.1.2 國內(nèi)自行車機(jī)器人系統(tǒng)的研究發(fā)展
        1.1.3 未來發(fā)展趨勢
    1.2 自行車機(jī)器人發(fā)展研究中的面臨的問題
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 “機(jī)器人騎自行車”系統(tǒng)實驗平臺搭建
    2.1 系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計
        2.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.1.2 慣性輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.2 控制系統(tǒng)選型
        2.2.1 控制器選型
        2.2.2 傳感器選型
        2.2.3 電機(jī)、驅(qū)動電路及電池選型
        2.2.4 仿人形機(jī)器人舵機(jī)選型
    2.3 本章小結(jié)
第3章 自行車機(jī)器人系統(tǒng)動力學(xué)建模與控制
    3.1 自行車機(jī)器人系統(tǒng)拉格朗日法分析
        3.1.1 拉格朗日法
        3.1.2 動力學(xué)方程
    3.2 模糊自適應(yīng)控制器設(shè)計
        3.2.1 控制器原理及設(shè)計
        3.2.2 仿真結(jié)果分析
    3.3 本章小結(jié)
第4章 “機(jī)器人騎自行車”系統(tǒng)建模與控制
    4.1 “機(jī)器人騎自行車”系統(tǒng)牛頓-歐拉法力學(xué)分析
        4.1.1 牛頓-歐拉法
        4.1.2 系統(tǒng)力學(xué)分析
    4.2 PID雙環(huán)平衡控制器設(shè)計
        4.2.1 控制器原理及設(shè)計
        4.2.2 仿真結(jié)果分析
    4.3 本章小結(jié)
第5章 “機(jī)器人騎自行車”系統(tǒng)實驗
    5.1 實驗平臺軟件設(shè)計
        5.1.1 傳感器檢測算法
        5.1.2 “機(jī)器人腿蹬自行車”驅(qū)動系統(tǒng)控制算法
        5.1.3 擴(kuò)展功能
    5.2 系統(tǒng)控制流程
    5.3 實驗結(jié)果與分析
        5.3.1 機(jī)器人靜止?fàn)顟B(tài)下的實驗結(jié)果與分析
        5.3.2 機(jī)器人“騎行”狀態(tài)下的實驗結(jié)果與分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于模糊PID的無人機(jī)姿態(tài)控制器的設(shè)計[J]. 陳鵬,段鳳陽,張慶杰,鄭志成,肖偉.  彈箭與制導(dǎo)學(xué)報. 2015(01)
[2]植保四軸飛行器的模糊PID控制[J]. 劉浩蓬,龍長江,萬鵬,王曉誼,胡奔.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2015(01)
[3]電動獨(dú)輪車的模糊自適應(yīng)控制[J]. 申曉峰,章瑋.  機(jī)電工程. 2014(12)
[4]一種無機(jī)械平衡調(diào)節(jié)器自行車機(jī)器人的慣性參數(shù)辨識[J]. 黃用華,黃渭,莊未,黃美發(fā),鐘永全.  東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2013(S1)
[5]無機(jī)械調(diào)節(jié)器的自行車機(jī)器人圓周運(yùn)動實現(xiàn)[J]. 黃用華,廖啟征,魏世民,郭磊.  機(jī)械工程學(xué)報. 2013(07)
[6]前輪驅(qū)動自行車機(jī)器人定車運(yùn)動的魯棒控制實現(xiàn)[J]. 黃用華,廖啟征,魏世民,郭磊.  計算機(jī)測量與控制. 2012(06)
[7]前輪驅(qū)動自行車機(jī)器人直線運(yùn)動的控制實現(xiàn)[J]. 黃用華,廖啟征,魏世民,郭磊.  北京郵電大學(xué)學(xué)報. 2012(03)
[8]自行車機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定滑�？刂芠J]. 于秀麗,魏世民,郭磊.  控制與決策. 2011(03)
[9]基于MTI的自行車機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計[J]. 仲明偉,廖啟征,魏世民.  機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新. 2009(06)
[10]一種新型自行車機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計及其建模[J]. 劉延斌,王秀全,張宏敏.  機(jī)械設(shè)計與研究. 2008(01)

博士論文
[1]自行車機(jī)器人非線性系統(tǒng)的控制及實現(xiàn)[D]. 于秀麗.北京郵電大學(xué) 2010
[2]自行車機(jī)器人非線性系統(tǒng)中若干問題的研究[D]. 郭磊.北京郵電大學(xué) 2007

碩士論文
[1]無人自行車建模與控制[D]. 王路斌.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007



本文編號：3179154