單球機器人動力學(xué)與控制研究.pdf

1、單球機器人是一種本征不穩(wěn)定的動平衡機器人，它與地面單點接觸，運動靈活，同時具有多變量、高度非線性、時變等特點，近年來成為輪式機器人領(lǐng)域研究的熱點。相對于傳統(tǒng)輪式機器人而言，單球機器人轉(zhuǎn)彎半徑幾乎為零，可以在任何時候轉(zhuǎn)向任意方向，同時在機械結(jié)構(gòu)上的纖細苗條的特點使得該機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器人動力學(xué)與控制模型，為最終實現(xiàn)機器人的平穩(wěn)的自主移動奠定基礎(chǔ)。
　　通過對單球機器人

2、的運動規(guī)律進行研究，將該機器人的運動分解到慣性坐標系三個平面，并在這三個平面分別對機器人的動能和勢能進行數(shù)學(xué)建模，再根據(jù)拉格朗日方程建立機器人的動力學(xué)模型。在平衡點附近對機器人的非線性數(shù)學(xué)模型進行線性化，得出對應(yīng)的狀態(tài)方程，在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進行能控性和能觀性分析。對機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，對機器人的XOZ和YOZ平面采用LQR最優(yōu)控制算法，而將PID控制算法應(yīng)用到機器人的XOY平面，在Matlab