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《上海交通大学》 2007年 硕士论文
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自主式双轮动态平衡移动机器人的控制系统研究

孔祥宣  
【摘要】: 双轮动态平衡移动机器人系统属于典型的自平衡控制系统,系统的重心在上,支点在下,静态为不稳定状态,动态时以系统在垂直方向上的角度为控制对象,使其控制在平衡状态附近一定的范围内。由于机器人体积小,运动灵活,适于在狭小和复杂地貌的环境下活动,将会在军用和民用领域有着广泛的应用前景。 本文的主要研究内容包括:系统的构成与原理分析、动力学分析与建模、自主直立与平衡控制策略、各状态的控制方法的实现与联合仿真。 本文首先分析了机器人系统的构成和工作原理,讨论机器人的动平衡系统——陀螺装置的工作原理并做定性分析,机器人能在翻倒状态或者较大倾斜角度的状态下能够自主直立起来。使该系统具备了传统的静态平衡机器人所没有的特征。 论文还建立机器人系统空间坐标系,应用动力学理论对其运动状态、受力情况进行分析。对陀螺装置工作时产生的陀螺力矩进行了定量的分析,同时得到系统模型,为控制方法和控制策略的研究莫定基础。 与其他自平衡机器人的控制系统不同,本论文综合利用状态反馈控制方法和模糊控制方法设计机器人的控制系统。


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