两轮直立式自平衡移动机器人的控制系统设计

研究了两轮直立式自平衡机器人的系统组成,并利用动力学原理建立系统的数学模型,在Matlab环境下设计了状态反馈控制器(LQR),并进行了仿真和机器实体的实验,系统具有良好的鲁棒性.表明了系统建模和控制器设计的合理性和有效性.这种机器人两轮共轴、独立驱动,车身重心倒置于车轮轴上方,通过运动保持平衡,可直立行走.由于特殊的结构,其适应地形变化能力强,运动灵活,可以胜任一些复杂的工作.为机器人的自主控制、自学习提供了可靠的实验平台.

基于最大反馈线性化的两轮机器人平衡控制

为了对两轮直立式机器人进行平衡控制研究,首先应用一种拉格朗日方法对两轮直立式机器人系统进行动力学建模,以力矩作为模型控制输入并且考虑到了系统无滑动的非完整约束方程。求出了系统的最大相对阶并对非线性系统进行了部分反馈线性化,经过坐标变换和输出反馈得到了2个由两链积分器构成的子系统,外加3个代表系统内动态的非线性方程。根据以上所得的结果,对两轮直立式机器人进行了平衡控制,并在保持平衡时跟上期望的偏航角。所使用的方法为简单的PID控制,由仿真结果可以看出机器人可以在短时间内达到平衡状态,验证了这种控制方法的有效性。

基于PWM伺服控制及LQR的两轮自平衡移动机器人

研究两轮直立式自平衡机器人的系统结构及PWM直流伺服控制系统,加入伺服系统使得电机控制变得容易,机器人的控制也变得更加有效,并对其进行了仿真和机器实验。系统由运动装置、姿态监测传感器和控制器构成,左右车轮由2个带有光电编码器反馈的高精度直流伺服电机分别驱动,采用晶体管脉冲宽度调制(PWM)直流伺服控制系统,姿态监测使用陀螺仪和倾角传感器。建立系统的数学模型,在M atlab环境下设计了状态反馈控制器(LQR),系统具有良好的鲁棒性和稳定性。通过实验验证了系统的稳定性。一种真正的仿人型机器人实现各种灵活的行走控制,表明了系统建模、引入伺服系统和控制器设计的合理性和有效性。