本文研究的非同軸兩輪自平衡移動機器人是依靠一對陀螺轉(zhuǎn)子同步進動產(chǎn)生的陀螺力矩來實現(xiàn)靜止或動態(tài)平衡,其在運輸貨物或執(zhí)行偵察的任務(wù)過程中,很容易受到外力的撞擊傾倒而無法繼續(xù)執(zhí)行任務(wù),因此,提高其運行平穩(wěn)性具有重要的意義。機器人平穩(wěn)性以其橫滾角為評價指標,它與雙陀螺平衡裝置控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)等因素相關(guān)。機器人起擺或受到撞擊時,通過陀螺進動產(chǎn)生陀螺力矩直接控制其橫滾角,而進動角過大會使控制系統(tǒng)崩潰;機器人轉(zhuǎn)向運動會產(chǎn)生離心力,使機器人向外翻轉(zhuǎn)而可能傾倒。因此,本課題針對此款機器人運行平穩(wěn)性較差的問題,以雙陀螺平衡原理和轉(zhuǎn)向運動力學分析為基礎(chǔ),從數(shù)學建模、控制算法設(shè)計與優(yōu)化、控制系統(tǒng)設(shè)計等方面對機器人的平穩(wěn)性展開研究。首先,在理論上從雙陀螺控制和轉(zhuǎn)向控制的角度對機器人平穩(wěn)性的影響進行分析,得到機器人陀螺進動角、轉(zhuǎn)向角、運行速度與橫滾角之間的關(guān)系。其次,采用Euler-Lagrange方程和角動量守恒建立以機器人轉(zhuǎn)向角、橫滾角、運行速度、進動角的四自由度動力學模型。在此基礎(chǔ)上設(shè)計基于進動回零補償和離心力補償?shù)幕？刂扑惴?從機器人起擺自平衡、抗干擾、轉(zhuǎn)向運動等三個方面對其平穩(wěn)性在Matlab中... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景和意義
    1.2 研究進展與現(xiàn)狀分析
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 本課題重點研究內(nèi)容
第2章 機器人雙陀螺和轉(zhuǎn)向控制對其平穩(wěn)性的影響
    2.1 機器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
    2.2 機器人雙陀螺控制對其平穩(wěn)性的影響
        2.2.1 雙陀螺平衡裝置的陀螺力矩分析
        2.2.2 陀螺力矩與機器人橫滾角的關(guān)系
    2.3 機器人轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)對其平穩(wěn)性的影響
    2.4 本章小結(jié)
第3章 機器人動力學模型的建立與特性分析
    3.1 動力學模型建立的主要方法
    3.2 動力學模型的建立
        3.2.1 建模流程
        3.2.2 模型建立
    3.3 動力學模型特性分析
        3.3.1 系統(tǒng)模型線性化
        3.3.2 模型的特性分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 機器人控制算法的設(shè)計與其平穩(wěn)性仿真分析
    4.1 機器人控制的主要方法
    4.2 基于進動回零和離心力補償?shù)臋C器人控制算法設(shè)計
        4.2.1 滑�？刂扑惴ㄔ砀攀�
        4.2.2 機器人的滑�？刂坡稍O(shè)計
        4.2.3 基于進動回零和離心力補償?shù)目刂扑惴ㄔO(shè)計
    4.3 機器人控制算法的平穩(wěn)性仿真分析
        4.3.1 起擺自平衡仿真分析
        4.3.2 抗干擾仿真分析
        4.3.3 轉(zhuǎn)向運動平穩(wěn)性仿真分析
    4.4 基于模糊滑模控制的機器人平衡控制算法優(yōu)化
    4.5 本章小結(jié)
第5章 機器人控制系統(tǒng)設(shè)計
    5.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計
        5.1.1 功能需求分析
        5.1.2 總體方案設(shè)計
    5.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
        5.2.1 控制系統(tǒng)硬件電路整體設(shè)計
        5.2.2 STM32的最小系統(tǒng)設(shè)計
        5.2.3 控制系統(tǒng)電源電路設(shè)計
        5.2.4 電氣隔離電路設(shè)計
        5.2.5 電機與驅(qū)動器的選型及其接口電路設(shè)計
        5.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口電路設(shè)計
        5.2.7 無線通訊模塊接口電路的設(shè)計
    5.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
        5.3.1 總體程序框圖
        5.3.2 陀螺進動角的信號處理與控制程序
        5.3.3 MPU9250的信號采集與處理程序
        5.3.4 wifi信號的獲取與處理程序
        5.3.5 機器人雙陀螺和運動控制程序設(shè)計
    5.4 本章小結(jié)
第6章 機器人的平穩(wěn)性能試驗
    6.1 機器人實驗平臺的搭建
    6.2 機器人定車時的平穩(wěn)性能實驗
        6.2.1 起擺自平衡實驗
        6.2.2 抗干擾實驗
    6.3 機器人轉(zhuǎn)向運動平穩(wěn)性實驗
    6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 后續(xù)工作的展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于自適應(yīng)模糊滑模的大型液壓起豎系統(tǒng)控制策略研究[J]. 李良,李鋒,馮永保,姚曉光.  兵工學報. 2016(01)
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博士論文
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碩士論文
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[4]自行車機器人運動模式切換控制研究[D]. 劉東強.北京郵電大學 2015
[5]獨輪機器人全方位姿態(tài)控制研究及實驗驗證[D]. 王攀.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[6]基于模糊PD的兩輪自平衡車的設(shè)計[D]. 行陽陽.太原理工大學 2013
[7]非線性系統(tǒng)的智能滑模變結(jié)構(gòu)控制的研究[D]. 宋占魁.遼寧工程技術(shù)大學 2011
[8]無人自行車建模與控制[D]. 王路斌.國防科學技術(shù)大學 2007



本文編號：3204628