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。

前轮驱动自行车机器人定车运动的鲁棒控制实现

针对一种前轮驱动的自行车机器人,研究其在具有内部结构参数和外部环境不确定性因素下实现原地定车的控制方法;给出基于Lagrange方法的定车运动简化力学模型;提出以欠驱动的车架横滚角为输出,将有驱动的前轮转角作为系统内部动态考虑的鲁棒控制器;仿真结果表明,控制器可以实现快速稳定的定车,并且对系统50%的结构参数误差、幅值为1N.m正弦干扰力矩和幅值为10N.m的脉冲干扰力矩体现了较强的鲁棒性;物理样机实验进一步证明,控制器可以在凹凸不平的地面环境、传感器数据不精确及脉冲干扰力矩下实现±3°车架倾角范围的定车运动。

前轮驱动自行车机器人定车运动的建模与实现

针对前轮驱动自行车机器人原地难以实现定车问题,提出一种简化的力学模型,并研究其部分反馈线性化控制策略.首先,考虑车轮纯滚动条件及定车时车把和车架垂直的特点,推导出前轮驱动角速度和车架航向角速率间的约束关系,并利用拉格朗日方程建立系统的动力学模型.然后,将系统欠驱动的车架横滚角线性化,并选择全部自由度为输出,根据部分反馈线性化原理设计定车运动控制器.仿真控制结果表明,适当地选取控制参数,系统可以在输入驱动力矩不大的情况下快速实现±10°范围内定车.物理样机实验进一步证明,利用所设计的控制器,前轮驱动自行车机器人可仅依靠前轮驱动实现小角度范围的原地定车运动.

协助站起机器人的数据采集及协助力分析

对协助站起机器人的数据采集及协助策略进行了研究.采用基于单目视觉的站起动作无标志测量方法,用单摄像头取代需佩戴在用户身上的传感器或标记,获取站起动作过程中的人体关节点坐标及角度变化,为关节转矩计算提供输入数据.对减轻关节负担协助策略中的协助力进行了合理改进,同时考虑站起过程中关节转矩变化特点,建立了模糊系统.该系统以大腿与水平方向夹角作为输入,以便区分站起动作的完成程度,以两种协助站起策略在整个站起过程中的权重为输出,用以帮助用户在整个站起过程中减轻关节负担并保持身体稳定.