移動(dòng)機(jī)器人——獨(dú)輪機(jī)器人研究綜述

1、移動(dòng)機(jī)器人獨(dú)輪機(jī)器人研究綜述吳 霜3110000309研究歷史SWR的研究始于20 世紀(jì)七八十年代，主要集中于日本、美國(guó)等國(guó)家1987年，斯坦福大學(xué)的Schoonwinkel等人根據(jù)人騎獨(dú)輪車原理，應(yīng)用輪子、支架和旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)盤3 部分設(shè)計(jì)了一種SWR（LQR控制）1990 年，麻省理工學(xué)院的Vos等人根據(jù)Schoonwinkel等人的模型，提出一種新的LQG控制結(jié)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)了這種機(jī)器人的穩(wěn)定性控制，但沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制（LQG算法）1996年，卡耐基梅隆Brown等人依照陀螺前進(jìn)原理，發(fā)明了Gyrover機(jī)器人1997年，日本筑波大學(xué)研制了一種具有橄欖球形狀的寬大輪子的獨(dú)輪機(jī)器人，并且

2、將機(jī)器人分成上、下2個(gè)用鉸鏈關(guān)節(jié)連接的部分。由于其輪子很寬大，因此基本不存在側(cè)向平衡的問(wèn)題。2005年卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究者Lauwers 等研制與獨(dú)輪機(jī)器人很類似的機(jī)器人稱為獨(dú)輪球機(jī)器人，它將獨(dú)輪機(jī)器人的輪子換成的一個(gè)可朝任意方向滾動(dòng)的球2007 年，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校研制成功一款名為UniBot 的SWR，利用極點(diǎn)配置算法控制上端的豎直飛輪和下端的一個(gè)行走輪，成功地實(shí)現(xiàn)了自身的平衡2008 年，日本村田制作所推出了名為“村田少女”的獨(dú)輪車機(jī)器人，該機(jī)器人通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器人體內(nèi)配備的慣性輪保持側(cè)向平衡, 而前向平衡則通過(guò)機(jī)器人的車輪來(lái)控制難題 - 平衡（目前） 建模復(fù)雜拉格朗日法、凱恩法

3、干擾卡爾曼濾波 欠驅(qū)動(dòng)或不穩(wěn)定 非線性線性化、微分幾何（滑膜控制） 俯仰、橫滾、航向之間耦合解耦控制 靜態(tài)不穩(wěn)定動(dòng)平衡 MIMO系統(tǒng)角度、角速度、位置、速度反饋動(dòng)力學(xué)建模方法 牛頓歐拉法受力分析 拉格朗日方程 - 勞斯方程基于能量、計(jì)算量大 凱恩法（非完整性系統(tǒng)）矢量運(yùn)算（計(jì)算量?。?、有遞推公式（方便計(jì)算）典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)水平飛輪（容易轉(zhuǎn)向）豎直飛輪（容易平衡）陀螺儀結(jié)構(gòu)橄欖球形狀球形結(jié)構(gòu)控制策略PD控制、極點(diǎn)配置（LQ控制）線性化、解耦、分層非線性：非線性PID、H-inf、自適應(yīng)、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、滑膜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演迭代學(xué)習(xí)控制中國(guó)進(jìn)展：20092013北京工業(yè)大學(xué)（阮曉鋼）哈爾濱工業(yè)大學(xué)國(guó)內(nèi)

4、進(jìn)展 郭磊等人研究了一種帶水平飛輪和運(yùn)動(dòng)配重機(jī)構(gòu)的獨(dú)輪機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)線性理論MIMO（3I3O）方法設(shè)計(jì)控制算法對(duì)其進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn) 阮曉鋼等人利用滑模變結(jié)構(gòu)和模糊控制方法對(duì)忽略SWR偏轉(zhuǎn)角和左右方向位移的退化模型進(jìn)行了控制研究 雙閉環(huán)非線性PID控制、自適應(yīng)單神經(jīng)元雙閉環(huán)控制電氣控制結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)Brown Jr, H. B., & Xu, Y. (1996, April). A single-wheel, gyroscopically stabilized robot. In Robotics and Automation, 1996. Proceedings., 1996 IEE

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