收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多自由度两轮自平衡机器人技术研究

戴福全  
【摘要】:两轮自平衡机器人是一种近些年发展起来的新式移动机器人,具有重量轻、结构紧凑、灵活机动、零转弯半径等优点,非常适合在狭小和拥挤的环境中使用,同时它可以作为一种便捷的运输和载人工具,有着广泛的应用前景。此外,两轮机器人是一种复杂的欠驱动非线性系统,深入开展两轮机器人的多种控制方法的研究,还可以为某些航空器或航天器、精密仪器和机器人等领域的非线性系统的控制提供技术方法指导,具有重要的学术价值。 当将传统两轮机器人作为代步工具时,使用者是站立驾驶的,长时间的骑行容易使驾驶者产生疲劳。另一方面,在加减速和上下坡时,传统两轮机器人本体无法保持始终直立,这将导致乘坐者感觉不舒适和不安全。当使用该平台运输液体或其他要求始终保持直立的精密设备时,还容易造成事故。此外,当机器人进行高速转向时,由于离心力的作用,机器人将面临倾覆的危险。针对传统两轮机器人的这些不足,本文提出了一种多自由度两轮机器人系统,围绕提高两轮自平衡机器人的稳定性、机动性和安全性来开展研究。本文的主要研究内容和取得的成果如下: 1)针对主动配置重心位置的要求,研制了一种多自由度两轮机器人,并详细给出了机器人的机械以及控制系统的构建方法和实现途径。所研制的机器人具有重心前后平移和左右摆动自由度,通过动态调整机器人重心的位置,有效地改善了传统两轮机器人的性能。 2)针对准确测量机器人姿态的要求,开展了机器人传感器的信号处理和融合方法的研究。在详细分析了传感器安装位置和测量方法对测量结果的影响规律的基础上,提出了一种针对测量结果进行补偿的方法,并采用卡尔曼滤波方法对多传感器信息进行了有效融合,从而以低代价手段实现了准确的姿态测量。 3)对多自由度两轮机器人的运动规律展开了深入研究,建立了机器人的运动学和动力学模型,其中,动力学模型解耦为直行动力学和转向动力学。在适当条件下对直行动力学进行处理,使机器人复杂的动力学得到了简化,极大地方便了机器人控制器的设计。此外,在所获得的机器人动力学模型的基础上,对机器人的动力学特性进行了研究,得到了机器人运动稳态的规律。 4)对机器人传动机构的摩擦模型参数辨识问题展开了研究,建立了准确的传动机构的摩擦模型,并基于滑模控制方法,设计了带有摩擦补偿的鲁棒平衡控制器。然后,提出了机器人的直行和转向控制策略:利用降阶后的直行动力学模型,给出了机器人直行控制策略,即在机器人平衡控制的基础上,通过动态控制滑块来控制机器人行进;转向控制方面,设计了机器人的转向控制器,并通过对摇摆角度的控制,实现了对机器人转向的防倾覆控制,提高了机器人转向时的稳定性。采用ADAMS与MATLAB的动力仿真实验,验证了控制方法的有效性。 5)对多自由两轮机器人平台进行了物理实验研究。包括平衡控制实验、平地行走实验、坡面行走实验和转向行走实验,实验结果全面验证了机器人的平衡性能、移动行走性能、爬坡性能、机动性能,以及附加自由度对机器人性能的改善效果,同时也证明了动力学模型以及控制方法的有效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王越超;人与机器人共存,知识与技术共融──'99国际机器人展览会印象[J];机器人技术与应用;2000年02期
2 ;机器人牧羊犬[J];机器人技术与应用;2000年03期
3 ;中国第一代消防机器人[J];机器人技术与应用;2000年06期
4 李贻斌;现代科技革命与机器人的发展[J];山东交通学院学报;2002年04期
5 顾勇平,周华平,马宏绪;多足机器人群控策略及可靠性问题[J];机器人;2002年02期
6 庄严,王伟,恽为民;基于网络的机器人控制技术研究现状与发展[J];机器人;2002年03期
7 刘方湖,马培荪,陈建平;管道形轮腿式月球探测机器人[J];机械工程学报;2002年11期
8 孙立宁;;机器人技术国内外发展状况[J];国内外机电一体化技术;2002年04期
9 耿海军;;“机器人”战争离我们有多远?[J];国防科技;2002年10期
10 王桂兰 ,文少波 ,张海鸥;面向等离子熔射制模的机器人轨迹生成系统的实现[J];航空制造技术;2003年06期
11 王岚,孟庆鑫,张立勋;拱泥机器人控制策略的研究[J];机床与液压;2003年04期
12 施华,薛广涛;机器人控制系统实时性的研究[J];计算机工程;2003年01期
13 崔世钢,方景林,刘嘉焜,彭商贤,邴志刚;服务机器人开发中测控问题的研究[J];仪器仪表学报;2003年S1期
14 陈晋龙,原魁,刘俊承;一种智能教育机器人的研制[J];测控技术;2003年06期
15 许大为,言勇华;模块化、分布式的开放机器人架构[J];制造业自动化;2003年03期
16 何春燕;码垛机器人的控制系统[J];机械与电子;2003年01期
17 陈华志,谢存禧,曾德怀;巡逻机器人的研究现状与应用前景[J];机电工程技术;2003年06期
18 胡政;机器人安全性工程研究综述[J];中国机械工程;2004年04期
19 ;机器人技术主题 2003年重点课题研究进展之二——未来社会发展篇[J];机器人技术与应用;2004年02期
20 张增芳,胡迎春,梁毅珩;基于感知-行为模式的地面探索机器人的行为设计[J];广西科学;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨朝虹;张海珠;;机器人技术的应用与发展[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年
2 王明辉;王楠;李斌;;面向灾难救援的机器人控制站系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
3 郭戈;王燕;王伟;;一种多机器人协作方法[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
4 崔世钢;邴志刚;彭商贤;王玉东;;基于远程脑概念的服务机器人开发平台的设计与研究[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
5 杨莹;丁堃;许侃;;国际机器人科学知识前沿演化的可视化分析[A];科学学理论与科学计量学探索——全国科学技术学暨科学学理论与学科建设2008年联合年会论文集[C];2008年
6 唐矫燕;赵群飞;黄杰;杨汝清;;基于两足步行椅机器人的人在环中的助残机器人控制系统[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 薛颂东;曾建潮;杜静;;具运动学特性约束的群机器人目标搜索[A];2009中国控制与决策会议论文集(2)[C];2009年
8 张国伟;李斌;龚海里;王聪;郑怀兵;;废墟洞穴搜救机器人控制软件设计与实现[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
9 崔世钢;方景林;刘嘉焜;彭商贤;邴志刚;;服务机器人开发中测控问题的研究[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
10 吴国盛;李云霞;李骊;;一种基于极坐标系下的机器人动态避碰算法[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁滢颍;基于个性的多机器人协作研究[D];浙江大学;2005年
2 Dioubate Mamady I;基于进化免疫系统理论的多机器人协作和机器人目标探索研究[D];中南大学;2009年
3 侍才洪;一种伤员换乘转运机器人的设计研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2010年
4 赵立军;室内服务机器人移动定位技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
5 李珺;基于强化学习的多机器人追捕问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 任宗伟;基于晶体结晶理论的模块化自重构机器人重构策略的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 蔡云飞;多机器人协作定位及系统架构研究[D];南京理工大学;2011年
8 兰晓娟;一种新型水下球形机器人的若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
9 何永义;基于视窗平台的机器人控制技术研究及实现[D];上海大学;2001年
10 王岚;拱泥机器人的控制系统及路径规划研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蒋莹;多机器人协同探测的任务分配和避碰方法研究[D];中南大学;2008年
2 姚伟;自主吸尘机器人的“基于行为”设计[D];辽宁工程技术大学;2008年
3 杨柳;未知环境下的多机器人协调合作的研究[D];华北电力大学(北京);2009年
4 鲍敦桥;仿真类人机器人设计及高层决策方法的研究[D];合肥工业大学;2009年
5 韩雪峰;导盲机器人[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 余婷;多机器人队列曲线运动研究[D];上海交通大学;2009年
7 马斌奇;多机器人协作与控制策略研究[D];西安电子科技大学;2009年
8 张晓蕾;机器人数字化成形加工信息集成原型系统研究[D];华中科技大学;2008年
9 王锋;井下探测机器人通信及音视频系统应用研究[D];山东大学;2009年
10 徐坤;搜救机器人人机协作行为控制研究[D];山东大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 冬冬;看看自动化机器人在包装业中能起多大作用[N];中国包装报;2005年
2 莽九晨 周之然;有感“机器人道德法”[N];人民日报;2007年
3 记者 陈琳;机器人总动员[N];第一财经日报;2010年
4 记者 孙亚斐;千余支队伍携机器人亮相金城[N];兰州日报;2011年
5 崔鑫;机器人也能和您一起下厨[N];北京科技报;2012年
6 特约记者 杨保国;中国科大“蓝鹰”称雄机器人世界杯[N];大众科技报;2007年
7 本报记者  陈淑娟;机器人走近生活[N];计算机世界;2006年
8 虎虎;科学好玩(三)[N];四川科技报;2007年
9 孙潜彤;新松公司:在机器人研发领域显身手[N];经济日报;2008年
10 财宣凃贤平;常州成立首家机器人研究室[N];常州日报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978