摘要：本文提出一种以单片机为主控模板、串级PID作为姿态控制策略、四元数为姿态更新算法和惯性导航确定路径位置的独轮机器人实现方法。在基于独轮机器人系统是位于二维平面的自由系统的情况下,对其系统模型进行简单的动力学分析,建立分解为俯仰模型和横滚模型[1-2]。经过实验数据采集与统计:独轮机器人的姿态控制响应速度快,控制精准,超调范围小,抗干扰性强;惯性导航的定位精确,漂移小,更新速度快。

摘要：独轮机器人前后平衡由一车轮保持并驱动其前后运动,侧向平衡则由一基于空气阻力的风轮保持,以此结构为被控对象建立该系统动力学模型.以一种非线性的控制方法—–自抗扰控制方法控制其平衡运动,在系统的纵向和侧向上分别设计一个自抗扰控制器,系统的内扰和外扰被视为自抗扰控制器的总扰动.以PID控制方法作对比实验,仿真结果表明了自抗扰控制算法的强鲁棒性和有效性.

摘要：以一种由一个车轮驱动并控制前向平衡、由电机驱动惯性轮形成反力矩控制侧向平衡的独轮机器人系统为被控对象,建立系统动力学模型,并将其在平衡点线性化,得到系统在前向和侧向两个正交方向解耦的近似线性模型.然后针对每一个控制方向上的子系统,分别设计基于融合函数的模糊控制器.该方法可以减少模糊规则,防止规则爆炸.仿真实验表明,所设计的模糊控制器可有效地实现独轮机器人的运动平衡控制.

摘要：利用拉格朗日建模方法推导出基于惯性飞轮平衡原理的独轮机器人侧向通道动力学方程.在该动力学方程基础上分别设计了PD和LQR两种控制器,并分别进行了仿真和物理实验验证.实验中独轮机器人从侧倾一定角度,在控制的惯性飞轮运动作用下最终回到竖直平衡位置,完成了独轮机器人侧平衡控制目标.仿真和物理实验结果均证明了所建立的动力学方程的正确性和控制器的有效性.

摘要：独轮机器人融合了机械、电子、计算机、自动控制等多学科知识,开展独轮机器人实验对培养学生综合运用理论知识解决工程实际问题的能力具有重要的推动作用。针对“移动机器人与智能技术”课程教学需要,开发了由独轮机器人、上位机调试软件和“8”字形轨道组成的独轮机器人实验平台。实验验证了机器人机械结构设计、硬件电路设计、控制算法以及软件设计的可行性、有效性。利用该实验平台开设了独轮机器人拆装与设计,控制电路设计与测试,上位机软件开发与调试,横滚、俯仰平衡控制,转向循迹控制等实验项目。通过该课程的学习,学生在智能机器人领域的系统设计和创新实践能力得到了明显提高。

摘要：针对现有文献对基于独轮机器人的动力学方程得到的状态空间方程有较多不足,其为了简化计算忽略了很多耦合因素的影响,导致系统不可控的问题,在深入分析独轮机器人动力学方程的基础上得到了其状态空间方程,并对各耦合项系数进行修正,确保了系统的可控性.通过设计LQR控制器实现了对独轮机器人的自平衡及偏航控制,并通过仿真和物理实验进行验证,设计了抗干扰实验.结果表明:所得出的状态空间方程是正确的.

摘要：针对一种由一个车轮驱动并控制前向平衡、并由电机驱动惯性轮形成反力矩来控制侧向平衡的独轮机器人系统,提出了一种分组分层滑模变结构控制方法。该方法根据机器人动力学模型特点,将系统看作两个单输入系统组合,并分别针对每个单输入系统设计分层滑模控制器,从而实现机器人的运动平衡控制。从理论上证明了各层滑动平面的渐近稳定性,并通过仿真实验验证了控制方法的有效性和鲁棒性。

摘要：独轮机器人是一类重要的科学研究型机器人,基于旋转的惯性飞轮的独轮机器人可以实现独轮机器人的侧向平衡。本文单独推导了其侧向动力学方程,分析得出惯性飞轮对独轮机器人侧平衡的动力学影响,通过设计PD控制器和LQR控制器实现了对独轮机器人的侧向平衡控制,并进行了对比。仿真和物理实验均证实了:独轮机器人的滚转角变化量与飞轮的角加速度成正比;旋转飞轮产生的平衡力矩与飞轮的转动加速度方向相反;独轮机器人的滚转角变化量与飞轮的转动惯量正相关。

摘要：研究独轮机器人的侧向控制问题,用LQR控制器控制独轮机器人的侧向平衡。为提高驱动系统的参数指标,如选择最大输出力矩和额定转速更大的电机,同时选择减速比更小的减速器。然而这会增加能量消耗,不利于长时间续航;高速运转会增加独轮机器人的振动频率,不利于平衡控制。为了解决上述问题,提出降低独轮机器人的总质心以增大侧向倾角的可控范围的方法。侧向倾角的可控范围增大,用数值仿真对两种方法进行了对比分析。结果表明,所需电机的额定转速高达20000r/min,减速器的减速比低至1:42,改变为电机的额定转速只需要3000r/min,减速器的减速比为1:16。可得出的结论为降低独轮机器人的总质心可以增大侧向倾角的可控范围,为控制系统设计提供了参考。

摘要：为解决独轮机器人、导弹、卫星及航天器等欠驱动系统的欠驱动难题,本文提出一种基于电磁感应的力矩发生装置.该装置是在经典电磁学理论支持下的研究成果,文中详述了装置的原理和具体设计的技术方案,并通过实验进行验证.本文提出的力矩发生装置的显著优势是所提供的力矩大小正比于速度项,方便用伺服电机进行精确控制,而且具有节能、无噪声的优点.在独轮机器人侧向和偏航控制中良好表现,进一步表明本文提出的力矩发生装置是实用和有效的.