本文研究的非同軸兩輪自平衡移動機(jī)器人是依靠一對陀螺轉(zhuǎn)子同步進(jìn)動產(chǎn)生的陀螺力矩來實(shí)現(xiàn)靜止或動態(tài)平衡,其在運(yùn)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(yùn)行平穩(wěn)性具有重要的意義。機(jī)器人平穩(wěn)性以其橫滾角為評價(jià)指標(biāo),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(jī)器人起擺或受到撞擊時(shí),通過陀螺進(jìn)動產(chǎn)生陀螺力矩直接控制其橫滾角,而進(jìn)動角過大會使控制系統(tǒng)崩潰;機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動會產(chǎn)生離心力,使機(jī)器人向外翻轉(zhuǎn)而可能傾倒。因此,本課題針對此款機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)性較差的問題,以雙陀螺平衡原理和轉(zhuǎn)向運(yùn)動力學(xué)分析為基礎(chǔ),從數(shù)學(xué)建模、控制算法設(shè)計(jì)與優(yōu)化、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面對機(jī)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(jī)器人平穩(wěn)性的影響進(jìn)行分析,得到機(jī)器人陀螺進(jìn)動角、轉(zhuǎn)向角、運(yùn)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(jī)器人轉(zhuǎn)向角、橫滾角、運(yùn)行速度、進(jìn)動角的四自由度動力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)基于進(jìn)動回零補(bǔ)償和離心力補(bǔ)償?shù)幕？刂扑惴?從機(jī)器人起擺自平衡、抗干擾、轉(zhuǎn)向運(yùn)動等三個(gè)方面對其平穩(wěn)性在Matlab中... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)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(jìn)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(diǎn)研究內(nèi)容
第2章 機(jī)器人雙陀螺和轉(zhuǎn)向控制對其平穩(wěn)性的影響
    2.1 機(jī)器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
    2.2 機(jī)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(jī)器人橫滾角的關(guān)系
    2.3 機(jī)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(jī)器人動力學(xué)模型的建立與特性分析
    3.1 動力學(xué)模型建立的主要方法
    3.2 動力學(xué)模型的建立
        3.2.1 建模流程
        3.2.2 模型建立
    3.3 動力學(xué)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(jī)器人控制算法的設(shè)計(jì)與其平穩(wěn)性仿真分析
    4.1 機(jī)器人控制的主要方法
    4.2 基于進(jìn)動回零和離心力補(bǔ)償?shù)臋C(jī)器人控制算法設(shè)計(jì)
        4.2.1 滑�？刂扑惴ㄔ砀攀�
        4.2.2 機(jī)器人的滑�？刂坡稍O(shè)計(jì)
        4.2.3 基于進(jìn)動回零和離心力補(bǔ)償?shù)目刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)
    4.3 機(jī)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(yùn)動平穩(wěn)性仿真分析
    4.4 基于模糊滑模控制的機(jī)器人平衡控制算法優(yōu)化
    4.5 本章小結(jié)
第5章 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
        5.1.1 功能需求分析
        5.1.2 總體方案設(shè)計(jì)
    5.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
        5.2.1 控制系統(tǒng)硬件電路整體設(shè)計(jì)
        5.2.2 STM32的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        5.2.3 控制系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)
        5.2.4 電氣隔離電路設(shè)計(jì)
        5.2.5 電機(jī)與驅(qū)動器的選型及其接口電路設(shè)計(jì)
        5.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口電路設(shè)計(jì)
        5.2.7 無線通訊模塊接口電路的設(shè)計(jì)
    5.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
        5.3.1 總體程序框圖
        5.3.2 陀螺進(jìn)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(jī)器人雙陀螺和運(yùn)動控制程序設(shè)計(jì)
    5.4 本章小結(jié)
第6章 機(jī)器人的平穩(wěn)性能試驗(yàn)
    6.1 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺的搭建
    6.2 機(jī)器人定車時(shí)的平穩(wěn)性能實(shí)驗(yàn)
        6.2.1 起擺自平衡實(shí)驗(yàn)
        6.2.2 抗干擾實(shí)驗(yàn)
    6.3 機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動平穩(wěn)性實(shí)驗(yàn)
    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(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3204628