双车把两轮车机器人同步摆把平衡控制研究

针对一种具有两个车把的双轮车机器人系统,提出在同步转动车把的情况下使其保持平衡的方法.采用査普雷金方程建立系统的欠驱动力学模型;根据部分反馈线性化原理将车轮转角线性化,并选择车轮转角为控制输入,设计出系统在原地摆把定车和曲线行进的平衡控制器;针对控制器参数漂移对系统的影响的问题,引入模糊算法对其进行在线整定以提高控制效果.对车把在±45°范围内转动时的原地和行进中平衡运动控制进行数值仿真研究.结果表明:车架俯仰角经快速调整可以由初始的倾角恢复到平衡位置,并且引入模糊算法参数整定的控制器具有更短的调整时间和较小的超调量.物理样机试验进一步验证了所提的控制器设计的有效性.

两轮自行车机器人锁把平衡定位控制仿真

两轮自行车机器人定位控制需要综合考虑驱动车轮的定位和欠驱动车体平衡两种不同的因素,针对上述问题提出在车把锁定情况下实现一种双车把两轮自行车机器人定位平衡控制的方法。引入査普雷金方程建立系统在车把固定时的欠驱动力学模型,并采用部分反馈线性化方法将系统有直接驱动的车轮的转角线性化,取车轮转角和车体俯仰角为输出设计出平衡定位控制器。以车把锁定为两种不同转角为例对控制系统进行数值仿真。仿真结果表明:在两种不同的车把转角下,选择同样的控制器参数,车架俯仰角可以由初始的偏角快速恢复到平衡位置,而车轮转角经过一定时间的振荡也能够收敛到原点附近。物理样机试验进一步验证了所提的控制方法的有效性。

自行车机器人质心位置对回转运动的影响

针对一台自行车机器人,研究机器人质心位置水平和竖直变化对车体回转运动的彩响问题。引入査普雷金(Chaplygin)方程建立自行车机器人系统的力学模型,采用线性二次型调节器(LQR)设计车体回转运动的平衡控制器,通垃调节质量块位置水平和竖直变化改变车架质心位置,以车把90°转角为例对控制系统进行数值仿真和物理试验。结果表明:选择同样的加权矩阵,适当的使车架质心向左水平移动或向上竖直移动,车架横滚角由初始的偏角更快地恢复到平衡位置,且前车轮控制力矩更小。研究结果可为该平衡车机器人的结构和驱动优化设计提供理论参考。

独轮车机器人原地定位的平衡控制分析

针对1种垂直摆轮式独轮车机器人原地站立的实现问题,给出系统在水平地面上运动的力学模型,从中探索系统全方位平衡运动控制的方法。采用Chaplygin方程对系统的动态进行分析,依照正向分析逆向输出的思路得到1种递推形式的系统2阶响应力学模型。结果表明,该模型仅占22 K字节的存储空间,且在1.8 G双核CPU、2 G内存、WIN7操作系统以及VC＋＋环境下的工控机平台上运行,所耗费的时间不超过25.2μs,较好地避免传统建模方法的力学模型膨胀问题。根据力学模型的欠驱动特性,采用部分反馈线性化设计系统原地站立的侧向和俯仰平衡运动控制器。数值仿真和物理样机实验结果表明,两者选取的控制器参数基本一致,且均能在初始倾角2°下迅速调整车体原地定位平衡,但行走独轮比摆盘需更大扭矩。