一種獨輪走鋼絲機器人測控系統(tǒng)設(shè)計與控制實驗研究.pdf

1、走鋼絲機器人屬于靜態(tài)不穩(wěn)定的、非線性的欠驅(qū)動系統(tǒng)。目前，對于走鋼絲機器人的研究多注重側(cè)向平衡控制，而忽視了俯仰平衡。為了真實地模擬人行走鋼絲，本文設(shè)計了一種新型擺臂式獨輪走鋼絲機器人，借助獨輪調(diào)節(jié)前后俯仰平衡，而側(cè)向平衡則通過擺臂和平衡桿協(xié)同作用來實現(xiàn)。本文先后從動力學(xué)建模、樣機設(shè)計、測控系統(tǒng)軟硬件平臺搭建、仿真分析及樣機實驗等部分對系統(tǒng)進行了研究，主要內(nèi)容如下：
　?。?）分別從運動學(xué)和動力學(xué)兩方面對走鋼絲機器人進行了分析:基于

2、查浦雷金方程力學(xué)建模原理，采用機械化建模思路建立了機器人在柔性環(huán)境下的系統(tǒng)動力學(xué)模型；以力學(xué)模型為基礎(chǔ)對系統(tǒng)的動力學(xué)特性進行仿真分析。
　　（2）設(shè)計了一種新型擺臂式獨輪走鋼絲機器人機構(gòu)；并搭建了以工控機為主控單元，采用高性能數(shù)字信號處理器TMS320F28335作為輔控芯片，借助于慣性測量單元、光電編碼器、電流傳感器等多種傳感器構(gòu)成的參數(shù)實時測量部件，并融入了ZigBee無線通信技術(shù)的走鋼絲機器人測控系統(tǒng)平臺；最后開發(fā)了上位機的

3、GUI界面和下位機的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。
　?。?）簡化了走鋼絲機器人俯仰平衡的動力學(xué)模型，采用部分反饋線性化方法設(shè)計了系統(tǒng)控制器，借助Matlab/simulink工具，對走鋼絲機器人的俯仰平衡運動控制進行了數(shù)值仿真。同時仿真分析了質(zhì)心參數(shù)改變對側(cè)向平衡控制的影響。并進一步開展了走鋼絲機器人的側(cè)向平衡樣機實驗研究。
　?。?）結(jié)合所設(shè)計機器人的特點，分別對擺臂和平衡桿單獨作用、擺臂和平衡桿共同作用等情況進行了仿真分析；同時仿真分