單球機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制研究.pdf

1、單球機(jī)器人是一種本征不穩(wěn)定的動(dòng)平衡機(jī)器人，它與地面單點(diǎn)接觸，運(yùn)動(dòng)靈活，同時(shí)具有多變量、高度非線性、時(shí)變等特點(diǎn)，近年來(lái)成為輪式機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)輪式機(jī)器人而言，單球機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑幾乎為零，可以在任何時(shí)候轉(zhuǎn)向任意方向，同時(shí)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上的纖細(xì)苗條的特點(diǎn)使得該機(jī)器人能夠在狹窄的空間工作，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文旨在研究單球機(jī)器人動(dòng)力學(xué)與控制模型，為最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平穩(wěn)的自主移動(dòng)奠定基礎(chǔ)。
　　通過(guò)對(duì)單球機(jī)器人

2、的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，將該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分解到慣性坐標(biāo)系三個(gè)平面，并在這三個(gè)平面分別對(duì)機(jī)器人的動(dòng)能和勢(shì)能進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，再根據(jù)拉格朗日方程建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。在平衡點(diǎn)附近對(duì)機(jī)器人的非線性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行線性化，得出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)方程，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能控性和能觀性分析。對(duì)機(jī)器人的平衡控制的研究，本文提出LQR結(jié)合PID的控制算法模型，對(duì)機(jī)器人的XOZ和YOZ平面采用LQR最優(yōu)控制算法，而將PID控制算法應(yīng)用到機(jī)器人的XOY平面，在Matlab