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基于Udwadia-Kalaba理论的自行车机器人平衡控制方法研究

张佳乐 赵睿英 冯艳丽 杨皓 武琳琳

张佳乐, 赵睿英, 冯艳丽, 杨皓, 武琳琳. 基于Udwadia-Kalaba理论的自行车机器人平衡控制方法研究[J]. 工程科学学报. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007
引用本文: 张佳乐, 赵睿英, 冯艳丽, 杨皓, 武琳琳. 基于Udwadia-Kalaba理论的自行车机器人平衡控制方法研究[J]. 工程科学学报. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007
Study on balance control method of bicycle Robot based on Udwadia-Kalaba theory[J]. Chinese Journal of Engineering. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007
Citation: Study on balance control method of bicycle Robot based on Udwadia-Kalaba theory[J]. Chinese Journal of Engineering. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007

基于Udwadia-Kalaba理论的自行车机器人平衡控制方法研究

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.08.27.007
详细信息
  • 中图分类号: TM911.3

Study on balance control method of bicycle Robot based on Udwadia-Kalaba theory

  • 摘要: 针对自行车机器人侧向自平衡问题,以一类装有角动量轮的自行车机器人为研究对象,提出一种新的平衡控制方法。该方法根据自行车机器人的侧向平衡条件,构造机器人平衡控制的运动学约束,并将平衡约束视为控制目标。基于Udwadia-Kalaba(U-K)理论,建立满足机器人侧向平衡的扭矩解析模型,设计基于模型的平衡约束跟随控制器。研究结果表明,所提控制方法能够实现自行车机器人的侧向平衡,克服机器人侧向横滚角θ初始偏差的干扰,通过对平衡扭矩模型的计算,对自行车机器人进行主动平衡控制。相较于传统反馈控制方法,该种基于模型设计的控制方法,具有系统响应速度快、超调量小和控制扭矩易于优化等特点。借助MATLAB软件,对所提控制方法进行了仿真验证,实现了初始横滚角速度分别为0°/s、1°/s、2°/s、5°/s条件下的自行车机器人侧向自平衡控制,仿真结果验证了控制系统的稳定性和有效性,为无人驾驶自行车机器人的平衡控制领域提供了一个新的思路。

     

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出版历程
  • 网络出版日期:  2021-10-19

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