独轮机器人质心参数对侧向控制影响的研究.pdf

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1、第33卷第12期计算机仿真2016年12月文章编号：1006—9348(2016)12—0396—05独轮机器人质心参数对侧向控制影响的研究庄未，李胜勇，朱赣闽(桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004)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

2、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／rain，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／rain，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。关键词：独轮机器人；侧向平衡控制；动力学分析；线性二次型调节器中图分类号：TP242文献标识码：BAStudythatParameterofCenterofMassImpactsontheLateralControlofSingle—-wheeledRobotZHUANGWei，LiSheng—yo

3、ng，ZHUGan—min(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，GuilinUniversityofElectronicTechnology，GuilinGuangxi541004，China)ABSTRACT：The1ateralcontrolofsingle—wheeledrobotisstudied．Toincreasetllecontrollablerangeoflateralan．gle，theparametersofthedrivesystemmeetscontrolneedtobeimproved，forexa

4、mple，selectingthemotorwithgreateroutputtorqueandgreaterratedspeedandselectingthereducerwithsmallerreductionratio．However，itwillincreasetheenergyconsumptionandshortenbatterylife，besides，itnotconductivetobalancecontrolbecausehighspeedwillincreasethevibrationfrequencyofthesingle—wheeledrobot．

5、Inordertosolvetheproblem，weproposedanewmethodwhichreducestheparametervalueofcenterofmassofthesingle—wheeledrobotandincreasesthecontrollablerangeofthelateralangle．Increasingthecontrollablerangeofthelateralanglewasanalyzedineompari．sonusingnumericsimulation．Theresultofthefirstmethodshowsthat

6、theratedspeedofthemotoris20000r／minandthereduceratioofthereducerisI：42．TheresultoftheproposedmethodshowsthattheratedspeedofthemotoriS3000r／minandthereduceratioofthereduceriS1：16．TheconclusioniSthatitisvalidatedtoincreasethecontrolla．blerangeofthelateralanglebyreducingtheparametervalueofthe

7、massofthecenterofthesingle—wheeledrobot．KEYWORDS：Single—wheeledrobot；Lateralbalancecontrol；Dynamicanalysis；LQR1引言独轮机器人(single—wheeledrobot，SWR)是一个典型的非线性，高阶次，强耦合，非完整的静态不稳定系统。SWR基金项目：国家自然科学基金项目(51305087)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201510595034)；桂林电子科技大学研究生教育创新计划资助项目(YJCXS