两轮自平衡机器人双闭环PID控制

两轮自平衡机器人是一个非完整的欠驱动系统,由两个独立且共轴的电机通过驱动车轮来控制机器人的平衡和行走。两轮自平衡机器人是一个倒立摆系统,极不稳定,需要施加有效的控制手段才能使其平衡。文章用牛顿力学构造了系统的非线性数学模型,并简化为线性模型,通过双闭环PID算法控制机器人的平衡。实验结果表明,此方法可以使机器人有较好的稳定性。     

45°车把转角下前轮驱动自行车机器人的定车运动

针对无配重调节器的自行车机器人在低速下不易平衡的问题,以一种前轮驱动自行车机器人为对象,给出其力学模型及在45°车把转角下定车运动的实现方法。通过车轮转弯半径分析推导出后轮角速度、车架航向角速度与前轮驱动速度、车把转角的关系,采用拉格朗日方程建立系统的力学模型;根据部分反馈线性化原理,将包含车架横滚角的欠驱动子系统线性化,设计出自行车机器人45°车把转角下定车运动的平衡控制器。仿真控制结果表明,合理选择控制参数,控制器可以快速地实现自行车机器人在45°车把转角下的定车运动;样机试验结果进一步证明,控制器可以使自行车机器人在不超过驱动电动机的力矩容限下实现45°车把转角下的定车运动。定车运动的实现从理论和试验两个方面证明,自行车机器人在低速下可以不需要配重调节器,仅依靠车把转动和前轮驱动保持稳定平衡。     

一种独轮车机器人的动力学建模及俯仰平衡控制

针对一台3驱动独轮车机器人系统,分析了其动力学特性并给出了一种可以实现其前后俯仰平衡运动的控制方法。根据行走轮与地面接触的非完整约束特性,引入Chaplygin方程建立系统的动力学模型,结果发现独轮车机器人是一个具有6个独立广义速度、3个欠驱动自由度的欠驱动系统。考虑车体俯仰平衡运动的力学子系统,采用部分反馈线性化方法,将其中的欠驱动车体俯仰角线性化,并选择车体俯仰角和行走轮转动角为输出,设计了系统俯仰平衡运动的非线性控制器。最后通过数值仿真控制与物理样机实验验证了所设计控制器的有效性。     

基于两轮自平衡小车的H∞和LQR控制方法对比研究

基于两轮自平衡小车平台,针对目前欠驱动系统较成熟的控制方法对比缺乏的问题,应用仿真对比、实物验证的方法,对目前较为理想的H_∞控制和LQR控制两种控制方法进行了理论上的对比,证明了H_∞控制策略在理论上是更具实际意义的控制系统。通过在相同的初始条件和控制结构下进行联合对比仿真,对仿真结果的角度、角速度、位置、速度四个指标进行了对比分析。最后用实物实验进行了验证,得出了"针对欠驱动系统H_∞控制优于LQR控制"这一结论,对以后欠驱动系统的控制具有一定的参考价值。     

一种四关节可控欠驱动机械手动力学模型的研究

本文所述机械手是一种典型的可控欠驱动机械系统.基于此四关节机械手的运动学方程,结合拉格朗日功能平衡法及非完整系统的恰普雷金(Чаплыгин)方程,建立出四关节欠驱动机械手的动力学模型,结果符合一般非完整机械系统动办学结构模型,为进一步研究非完整欠驱动系统的机械特性奠定了基础.     

三关节欠驱动休操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控制问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案。首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应。     

三关节欠驱动体操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案.首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应.     

具有未知参数漂浮基双臂空间机器人惯性空间复合自适应控制

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下具有未知参数的漂浮基双臂空间机器人系统惯性空间的复合自适应控制问题。为了克服空间机器人系统控制方程关于惯性参数的非线性性质,空间机器人被表示为欠驱动形式的机器人系统,其优点在于保持了系统动力学方程关于惯性参数的线性性质。对系统的运动学分析表明,联系两个机械臂末端运动速度与机器人关节角速度的增广广义Jacobi关系亦可以表示为一组惯性参数的线性函数。以此为基础,针对系统参数不确定的情况,设计了空间机器人系统跟踪惯性空间期望运动轨迹的复合自适应控制方案。系统的数值仿真证实了控制方法的有效性。     

欠驱动冗余度机械臂的动态自重构

分析了欠驱动冗余度机械臂不同机构模式下运动学模型及动力学模型之间的关系,给出了欠驱动机械臂工作于全驱动模式下的动力学操作性度量指标。提出了一种欠驱动机械臂工作在欠驱动模式时的基于非线性控制技术的自运动控制方法,利用少维数的控制输入实现了机械臂的多维关节空间的运动控制,使欠驱动冗余度机械臂能完成自运动流形控制。提出一种动态提高欠驱动冗余度机械臂工作于全驱动模式时的操作性能的方法,通过有两个被动关节的平面四关节欠驱动机械臂进行了仿真验证。     

非惯性系下弹性欠驱动机器人动力学建模及应用

以旋量为基本运算单元,建立了非惯性系下弹性欠驱动机器人的动力学模型。首先以两个旋量的李括弧运算为基础,得到了惯性系下机器人的加速度映射关系。利用多刚体系统的速度、加速度旋量在不同坐标系之间的变换,推导出非惯性系下机器人在惯性系中的加速度映射关系。然后利用刚体的牛顿-欧拉公式,建立了非惯性系下机器人的动力学模型。推导的过程中始终以运动旋量、力旋量为基本的运算单元,简化了动力学建模过程。最后,以空中加油系统这种典型的非惯性系下的弹性欠驱动的应用为例,建立了其在非惯性系下的动力学模型,并用动力学仿真软件进行了验证,验证了理论分析的正确性和可行性。