基于完整约束的两轮机器人建模及平衡控制

李潮全¹，高学山^1,2，李科杰¹

1. 北京理工大学智能机器人研究所2. 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室

摘 要：依据完整约束下的拉格朗日方程,推导了同轴两轮移动机器人做平面直线运动时的动力学模型,并在此基础上设计了基于极点配置的状态反馈控制模型和系统数字仿真模型。结合控制模型进行了数字仿真实验研究和物理实验研究,并给出了实验分析结果。研究表明,采用基于极点配置的状态反馈控制方案,能够实现机器人动态平衡控制;机器人在初始偏角绝对值小于0.25 rad时,能够在2 s内恢复平衡,当外部干扰使机器人偏离平衡位置后,机器人能够在3 s内恢复平衡;机器人模型推导合理、有效,数字仿真和物理实验一致性好。

关键词：机器人;拉格朗日;动力学;实验研究;