一種獨(dú)輪走鋼絲機(jī)器人測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、走鋼絲機(jī)器人屬于靜態(tài)不穩(wěn)定的、非線性的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前，對(duì)于走鋼絲機(jī)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(shí)地模擬人行走鋼絲，本文設(shè)計(jì)了一種新型擺臂式獨(dú)輪走鋼絲機(jī)器人，借助獨(dú)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(shí)現(xiàn)。本文先后從動(dòng)力學(xué)建模、樣機(jī)設(shè)計(jì)、測控系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)搭建、仿真分析及樣機(jī)實(shí)驗(yàn)等部分對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　（1）分別從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面對(duì)走鋼絲機(jī)器人進(jìn)行了分析:基于

2、查浦雷金方程力學(xué)建模原理，采用機(jī)械化建模思路建立了機(jī)器人在柔性環(huán)境下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；以力學(xué)模型為基礎(chǔ)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。
　?。?）設(shè)計(jì)了一種新型擺臂式獨(dú)輪走鋼絲機(jī)器人機(jī)構(gòu)；并搭建了以工控機(jī)為主控單元，采用高性能數(shù)字信號(hào)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(shí)時(shí)測量部件，并融入了ZigBee無線通信技術(shù)的走鋼絲機(jī)器人測控系統(tǒng)平臺(tái)；最后開發(fā)了上位機(jī)的

3、GUI界面和下位機(jī)的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。
　?。?）簡化了走鋼絲機(jī)器人俯仰平衡的動(dòng)力學(xué)模型，采用部分反饋線性化方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制器，借助Matlab/simulink工具，對(duì)走鋼絲機(jī)器人的俯仰平衡運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了數(shù)值仿真。同時(shí)仿真分析了質(zhì)心參數(shù)改變對(duì)側(cè)向平衡控制的影響。并進(jìn)一步開展了走鋼絲機(jī)器人的側(cè)向平衡樣機(jī)實(shí)驗(yàn)研究。
　?。?）結(jié)合所設(shè)計(jì)機(jī)器人的特點(diǎn)，分別對(duì)擺臂和平衡桿單獨(dú)作用、擺臂和平衡桿共同作用等情況進(jìn)行了仿真分析；同時(shí)仿真分