非同轴两轮机器人的自平衡分析

2018-05-25 | 标签:

两轮平衡机器人是载人移动机器人领域的研究热门，分为同轴两轮（左右布置）和非同轴两轮（前后布置）两种。同轴两轮机器人采用被动平衡方式，即需要依靠前后运动来实现动态平衡（类似倒立摆系统），已取得很多研究成果与应用，如大名鼎鼎的Segway。非同轴两轮机器人是一个欠驱动、非线性、侧向不稳定系统，其动力学与控制研究极具挑战性，目前仍处在实验室研发阶段。与同轴两轮机器人相比，非同轴两轮机器人的优点是动作灵活、良好的爬坡与越障能力、安全性好，有望用于载人交通工具、自主巡逻、侦查等领域。

1998年，俄罗斯莫斯科国立大学利用陀螺效应产生的进动力矩实现侧平衡，设计了一款具有自平衡功能的自行车。2005年，日本村田公司推出了会骑自行车的“村田男孩”，依靠安装在其胸部的一个垂直惯性轮实现左右平衡的。2011年，美国LIT汽车公司，申请了利用两个飞轮的陀螺效应来保持平衡的载人摩托车专利。2014年，美国俄亥俄州立大学以拉格朗日方程建立系统动力学方程，并设计一阶滑模控制器在自行车上开展了实验，具有较好的鲁棒性较。