由于運動靈活、在滾動過程中不會翻倒及結(jié)構(gòu)簡單等特點,球形機(jī)器人在工業(yè)、生活等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。對球形機(jī)器人進(jìn)行運動控制,是完成任務(wù)的前提,然而在運動過程中,球形機(jī)器人獨有的點接觸特性,增大運動控制器的設(shè)計難度。軌跡跟蹤問題是在實際應(yīng)用范圍最為廣泛的運動控制問題,因此對球形機(jī)器人的軌跡跟蹤控制器進(jìn)行研究具有重要的理論意義和應(yīng)用前景。本文的研究工作圍繞球形機(jī)器人的軌跡跟蹤問題展開,重點解決摩擦、驅(qū)動電機(jī)、參數(shù)不確定性等因素對軌跡跟蹤控制的影響,建立球形機(jī)器人系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計軌跡跟蹤控制器,提高系統(tǒng)軌跡跟蹤精度。論文的主要研究工作如下:1、采用Kane方法,推導(dǎo)出球形機(jī)器人的動力學(xué)模型,為后續(xù)控制策略的研究提供了重要的理論依據(jù)。2、針對采用動力學(xué)模型描述的球形機(jī)器人系統(tǒng),對軌跡跟蹤控制問題進(jìn)行了研究�；陔p冪次趨近律對滑模動力學(xué)力矩控制器進(jìn)行設(shè)計,使得球形機(jī)器人系統(tǒng)無論從任一起始位置出發(fā),到達(dá)滑模面的收斂速度高于常見的傳統(tǒng)趨近律（指數(shù)趨近律等）。該控制策略保證了系統(tǒng)能夠在固定時間內(nèi)跟蹤上期望軌跡,實現(xiàn)了抑制系統(tǒng)抖振的目的,且提高控制精度。3、考慮到摩擦對球形機(jī)器人運動特性及軌跡跟蹤... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１球形機(jī)器人Ｒ〇１１ｏ［４］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｐｈｅｒｉｃａｌ?ｒｏｂｏｔ“Ｒｏｌｌｏ’’［４］??

??圖１－１球形機(jī)器人Ｒ〇１１ｏ［４］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｐｈｅｒｉｃａｌ?ｒｏｂｏｔ“Ｒｏｌｌｏ’’［４］??在?１９９７?年，意大利比薩大學(xué)（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｉｓａ／Ｓｉｅｎａ）的?ＡｎｔｏｍｉｏＢｉｃｃｈｉ?等??人受到了?“Ｒｏｌｌｏ”的啟發(fā)，設(shè)計了一種新型結(jié)構(gòu)的球形機(jī)器人“Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ”?［５］，??如圖１－２所示。該球形機(jī)器人主要由驅(qū)動輪、平衡輪、驅(qū)動電機(jī)、拉簧以及系統(tǒng)??組件等構(gòu)成，兩個大輪為驅(qū)動輪，分別由兩個交錯的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，兩個小輪為??平衡輪，以保證驅(qū)動單元在滾動過程中保持平衡。當(dāng)兩個驅(qū)動輪為同步轉(zhuǎn)動時能??夠?qū)崿F(xiàn)球形機(jī)器人的前進(jìn)運動，當(dāng)兩個驅(qū)動輪為差速轉(zhuǎn)動時能夠?qū)崿F(xiàn)球形機(jī)器人??的轉(zhuǎn)向運動。這款球形機(jī)器人能夠保證連續(xù)運動，但是其適應(yīng)復(fù)雜多變環(huán)境的能??力較弱。??．：■系腦件?＼??Ｉ?飼ｉＬＨ??＇平硫——Ｆ??圖１－２車驅(qū)動式球形機(jī)器人Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ??Ｆｉｇ．?１－２?Ｔｈｅ?ｃａｒ?ｄｒｉｖｅｎ?ｓｐｈｅｒｉｃａｌ?ｒｏｂｏｔ?“Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ”１５］??美國密歇根州立大學(xué)（Ｍｉｃｈｉｇａｎ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）的?Ｒａｎｊａｎ?Ｍｕｋｈｅｉｊｅｅ?和?Ｍａｒｋ?Ａ??Ｍｉｎｏｒ設(shè)計了一種以移動質(zhì)量為驅(qū)動機(jī)構(gòu)的球形機(jī)器人“Ｓｐｈｅｒｏｂｏｔ”?［６］。如圖１－３??所示的球形機(jī)器人包含了移動質(zhì)量、絲杠、可伸縮支架以及可伸縮攝像頭等構(gòu)件，??絲杠與驅(qū)動電機(jī)軸連接

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Ｃａｒｎｅｇｉｅ?Ｍｅｌｌｏｎ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）的以Ｂｒｏｗｎ?ＨＢ?Ｊｒ為首的研??宄團(tuán)隊和以Ｅｎｒｉｑｕｅ?Ｄ?Ｆ為首的研宄團(tuán)隊研制了兩代以陀螺為驅(qū)動方式的蝶形機(jī)??器人“Ｇｙｒｏｖｅｒ”，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖１－４所示［７］。Ｇｙｒｏｖｅｒ由陀螺、前進(jìn)電機(jī)、轉(zhuǎn)向??電機(jī)以及氣胎等構(gòu)成，其基本工作原理是前進(jìn)電機(jī)與球殼直接接觸，當(dāng)前進(jìn)電機(jī)??轉(zhuǎn)動時，球形機(jī)器人可以完成前進(jìn)運動；轉(zhuǎn)向電機(jī)與陀螺連接，當(dāng)轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)動??時會改變陀螺的傾角從而改變球形機(jī)器人的運動方向，實現(xiàn)全方位運動。該設(shè)計??提高了控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎精度，使其運動穩(wěn)定性增強，但不具備原地轉(zhuǎn)向能力且??系統(tǒng)能量消耗較大。??＾￣￣￣■—氣，???電池’??圖１?－４?Ｇｙｒｏｖｅｒ結(jié)構(gòu)簡圖??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｇｙｒｏｖｅｒ［７】??加拿大魁北克謝布魯克大學(xué)（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｓｈｅｒｂｒｏｏｋｅ）的Ｆｒａｎｃｏｉｓ?Ｍｉｃｈａｕｄ??和Ｓｅｒｇｅ?Ｃａｒｏｎ等研制了一款玩具機(jī)器人“Ｒｏｂａｌｌ”，如圖１－５所示［８］。該球形機(jī)器??人己經(jīng)投入使用，其視覺和聲音等傳感器的加入，能夠根據(jù)傳感器提供的信息，??使得球形機(jī)器人自主運動到兒童身邊

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]具有立體視覺的球形機(jī)器人及其運動控制[J]. 葉平,韓亮亮,張?zhí)焓?王軒,孫漢旭.  機(jī)械工程學(xué)報. 2013(11)
[2]具有兩種運動模式的球形機(jī)器人動力學(xué)建模與設(shè)計[J]. 趙偉,孫漢旭,賈慶軒,張延恒,于濤.  吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2013(05)
[3]球形機(jī)器人動力學(xué)建模及運動特性分析[J]. 鄭一力,孫漢旭.  機(jī)械設(shè)計. 2012(02)
[4]雙偏心塊驅(qū)動球形機(jī)器人原地轉(zhuǎn)向運動控制[J]. 趙勃,李滿天,孫立寧.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2011(11)
[5]非完整移動機(jī)器人軌跡跟蹤自適應(yīng)控制器設(shè)計[J]. 李會來,李小民,陳靜華.  傳感器與微系統(tǒng). 2011(05)
[6]有限時間控制問題綜述[J]. 丁世宏,李世華.  控制與決策. 2011(02)
[7]BYQ-3球形機(jī)器人的動力學(xué)模型[J]. 孫漢旭,王亮清,賈慶軒,劉大亮.  機(jī)械工程學(xué)報. 2009(10)
[8]含有驅(qū)動器模型的移動機(jī)器人自適應(yīng)跟蹤控制[J]. 岳李勇,謝巍.  控制理論與應(yīng)用. 2008(06)
[9]一種全向滾動球形機(jī)器人的動力學(xué)建模與仿真[J]. 李團(tuán)結(jié),嚴(yán)天宏,張學(xué)鋒.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2007(18)
[10]滑模變結(jié)構(gòu)控制理論及其算法研究與進(jìn)展[J]. 劉金琨,孫富春.  控制理論與應(yīng)用. 2007(03)

博士論文
[1]望遠(yuǎn)鏡中跟蹤架的擾動補償及精密控制技術(shù)研究[D]. 蔡華祥.中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所) 2016
[2]高階滑�？刂评碚摷捌湓谇夫�(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D]. 楊潔.北京理工大學(xué) 2015
[3]多自由度兩輪自平衡機(jī)器人技術(shù)研究[D]. 戴福全.北京理工大學(xué) 2015
[4]球形機(jī)器人坡面運動的控制方法研究[D]. 于濤.北京郵電大學(xué) 2014
[5]不確定非完整輪式移動機(jī)器人的運動控制研究[D]. 葉錦華.華南理工大學(xué) 2013
[6]一種緊急救援的帶臂球形機(jī)器人的研究[D]. 史成坤.北京郵電大學(xué) 2010
[7]帶有機(jī)械臂的球形機(jī)器人若干問題的研究[D]. 莊未.北京郵電大學(xué) 2009
[8]移動機(jī)械手的逆運動學(xué)及滑模變結(jié)構(gòu)軌跡跟蹤控制研究[D]. 梅紅.山東大學(xué) 2009
[9]一種球形移動機(jī)器人的運動分析與控制技術(shù)的研究[D]. 劉大亮.北京郵電大學(xué) 2009

碩士論文
[1]球形機(jī)器人嵌入式運動控制系統(tǒng)研究[D]. 王力.北京交通大學(xué) 2016
[2]非完整移動機(jī)器人的自適應(yīng)滑模軌跡跟蹤控制研究[D]. 吳青云.長安大學(xué) 2007
[3]基于LuGre模型的摩擦力矩補償研究[D]. 王喜明.中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2007



本文編號：3543484