收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

自行车机器人非线性系统的控制及实现

于秀丽  
【摘要】:自行车机器人是近年来机器人学术界提出的一种全新的智能运输(或交通)工具的概念,由于自行车机器人本身是一个欠驱动的具有侧向不稳定的非完整系统,其两轮纵向布置,与地面无滑动接触,同时自行车动力学模型具有对称性特征,其动力学特性较为复杂,因此,自行车机器人的自稳定控制相当困难。国内针对自行车机器人的动力学建模、控制算法及系统辨识的研究(相对)很少,而自行车机器人的动力学建模与控制等问题长期以来都是机器人学领域的研究热点。 本文以自行车机器人的动力学建模、控制和系统辨识问题作为研究对象,利用拉格朗日方法建立了转动车把调节方式下的自行车机器人的动力学模型,并对所建的模型进行滑模控制,同时,利用采集的车体倾角和车把转角数据,进行了基于ARX模型的线性系统辨识和ANFIS自适应模糊神经网络的非线性系统辨识的仿真研究。设计了自行车机器人实物样机,并完成了自行车机器人的控制实验。文中的主要内容和成果如下: 1、采用拉格朗日方法建立了依靠调节车把保证自行车机器人平衡的SISO非线性动力学模型。使用近似线性化的方法将非线性模型进行了线性化,设计了基于LQR的线性系统控制器,使自行车机器人在小范围内的变化可以得到有效的控制。 2、分析了SISO非线性动力学模型的特征,并提出了基于串级滑模、分层滑模以及稳定滑模控制器对自行车机器人模型的控制方法,从而能够更加有效的实现自行车机器人的稳定控制。 3、基于ARX模型的线性系统辨识以及ANFIS模型的非线性系统辨识工作原理,利用采集车体稳定运动时车体倾角与车把转角的数据,进行了自行车机器人的系统辨识。基于T-S模型的ANFIS网络能够很好地逼近实际自行车机器人的非线性系统,并且辨识精度高,优于ARX模型的线型辨识方法。通过辨识得到的输入和输出之间的模糊推理结论,为今后进行自行车机器人系统的有效控制提供了一定的参考价值。 4、基于ARM9嵌入式系统、单片机、高精度的MTi传感器等硬件平台设计了自行车机器人的实验样机,完成了系统数据采集功能,以自行车机器人单输入单输出非线性系统为例,进行了相应控制算法的实验。 本文的研究从非线性、欠驱动的角度为自行车机器人提供了新的控制思路,利用系统辨识模型方法对自行车机器人进行建模,丰富了本实验室对自行车机器人的研究成果,为进一步研究奠定了基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 罗学明;机器人机构学基础[J];机器人;1985年05期
2 王楠;;小型工业机器人的设计状况与前景[J];广西轻工业;2008年03期
3 于殿勇,郑钢铁,孙序梁;蠕动式管内移动机构的一种模型[J];机器人;1994年05期
4 罗杨宇;李金泉;王健美;杨向东;陈恳;;人机合作机器人重力平衡设计[J];机器人;2006年05期
5 周学才,谢存禧;机器人理论关节参数的标定方法及软件设计[J];机器人;1991年04期
6 金万敏;姜剑虹;;机器人系统的KED方程及其求解[J];东南大学学报(自然科学版);1993年02期
7 王中双,陆念力,徐长顺;机器人机构动力学正问题的回转键合图法[J];中国机械工程;2004年12期
8 沈孝芹;于复生;张健;;一种砌砖机器人的结构设计[J];机电产品开发与创新;2007年02期
9 刘达;王田苗;;一种解析和数值相结合的机器人逆解算法[J];北京航空航天大学学报;2007年06期
10 陈安军,黄学玉;双臂机器人机构运动学分析[J];信阳师范学院学报(自然科学版);1995年02期
11 于靖军,毕树生,宗光华,刘继钢;全柔性机器人机构结构动力学分析方法研究[J];机械工程学报;2004年08期
12 杜海涛,褚金奎,渡边克己,郭晓宁;空间七杆机构位置解析与空间六杆机器人机构位置逆解[J];西安理工大学学报;2000年04期
13 龙宇峰,吕江清;机器人结构参数最优公差及关节最佳运动误差[J];机器人;1989年06期
14 徐卫良;;机器人精度的概率优化综合[J];东南大学学报(自然科学版);1989年01期
15 楚中毅;崔晶;孙立宁;孙富春;;双重驱动平面并联机器人的振动控制[J];清华大学学报(自然科学版);2006年01期
16 庞淑娟;倪受东;;五自由度教学机器人的运动学分析及仿真[J];现代制造工程;2007年06期
17 陈安军;马学文;;一类新的冗余度机器人关节运动优化方法[J];机械设计与研究;2007年06期
18 陈安军;马学文;;基于速度方向可操作度的冗余机器人关节轨迹优化[J];机械传动;2008年02期
19 徐祯祥,刘荣,衡进,石龙;面向复杂曲面的爬壁机器人机构及运动学分析[J];北京航空航天大学学报;2005年07期
20 柴辉;李建华;葛文杰;;基于可调齿轮—五杆机构的仿袋鼠跳跃机器人运动步态分析[J];机器人;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李琳;张铁;叶凯麟;谢存禧;;比赛用手动机器人机构的设计与制作[A];第11届粤港机械电子工程技术与应用研讨会论文汇编[C];2010年
2 王明辉;李斌;王楠;;基于虚拟现实的灾难救援机器人实时感知与判定系统研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
3 马书根;;中国有必要用机器人吗?——多关节机器人的开发[A];信息科学与微电子技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
4 李立;张登材;刘朝晖;陈永;;周期信号扰动法应用于机器人机构混沌运动的控制[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
5 方跃法;孙宇;查建中;;机器人奇异位形研究的线几何法[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
6 赵奇;李彦涛;张立勋;;助餐机器人控制系统快速原型设计研究[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年
7 吴江;徐礼钜;;冗余度多重组合八面体机器人的运动学求解[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年
8 刘辛军;汪劲松;米浦波;王立平;;DELTA并联机器人最大内切工作空间的几何求解[A];2001年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2001年
9 李瑞琴;赵学镛;;机构设计课程教学的体会[A];第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文)[C];1995年
10 张永芳;吕延军;段宝岩;;并联Stewart机器人的自抗扰控制技术及其应用[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于秀丽;自行车机器人非线性系统的控制及实现[D];北京邮电大学;2010年
2 王猛;仿青蛙跳跃机器人的研制[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 王妹婷;壁面自动清洗机器人关键技术研究[D];上海大学;2010年
4 刘刚峰;面向地下巷道的侦察机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 刘刚峰;面向地下巷道的侦察机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 刘海涛;少自由度机器人机构一体化建模理论、方法及工程应用[D];天津大学;2010年
7 钟鸣;移动式微小型自重构机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 钟鸣;移动式微小型自重构机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 黄用华;前轮驱动自行车机器人建模与几种平衡运动控制研究[D];北京邮电大学;2011年
10 李宪华;服务机器人双臂协作技术研究及实现[D];上海大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李来锡;A公司服务机器人市场营销策略研究[D];昆明理工大学;2011年
2 白建军;多功能护理服务机器人的设计与研究[D];南昌大学;2010年
3 邹俊;自行车机器人的建模与仿真[D];北京邮电大学;2011年
4 顾彪;四轮机器人着地模型及控制方法研究[D];天津大学;2010年
5 李海泓;轮履变结构反恐机器人设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 程向丽;翻转式炉膛清灰机器人的设计[D];天津大学;2012年
7 王晓;煤矿井下搜救探测机器人可重构运动系统[D];太原理工大学;2012年
8 何文治;下肢康复训练机器人的设计与分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 白占欣;六自由度独轮机器人本体研制及动力学控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 杭祖权;仿青蛙跳跃机器人机械系统运动学研究[D];北方工业大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 ;给机器人插上理想[N];徐州日报;2006年
2 记者 杨柳纯;边建院边研发催生一批科研成果[N];深圳特区报;2006年
3 本报记者 杨柳纯通讯员 覃善萍;深圳“源头创新”主力军展雄姿[N];深圳特区报;2007年
4 郑东鸿 于海;机器人 工业生产的“生力军”[N];国际经贸消息;2002年
5 记者 胡斌;哈工大机器人“走”出实验室[N];人民日报海外版;2000年
6 ;机械科学家、教育家张启先院士逝世[N];光明日报;2002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