球形轮组结构及其控制系统设计

研究的球形轮组是通过控制3个全向轮的转速和方向维持自身不倒,在不改变方向的前提下能在平面上任意移动的系统。其具有非线性、强耦合和欠驱动问题,因此需要进行动力学分析和控制系统的设计。采用建模软件建立球形轮组物理模型,并完成球形轮组的制作和电路设计;用拉格朗日方程展开动力学分析,将球形轮组简化成全向轮、球轮和机身三部分,得出电机的扭矩与全向轮的力和力矩的关系;结合动力学分析的内容设计一套串级PID控制算法与ROS系统建立的上位机联合处理传感器采集的姿态数据,计算出电机的控制变量;将物理模型与控制算法相结合,利用仿真软件验证其能够实现自平衡。