隨著科學技術領域及產(chǎn)業(yè)的不斷擴展,智能機器人已成為目前研究的重要內容之一。在諸多類型的智能機器人當中,輪式移動機器人因其具有良好的運動性能和避障能力等,應用場景越來越廣泛。然而因其本身具有非完整約束的特點,加之在復雜環(huán)境中容易受到諸多不確定因素的影響,所以它的運動將表現(xiàn)出更大的復雜性,其運動控制也將具有一定挑戰(zhàn)性。因此,對非完整約束狀態(tài)下的輪式機器人系統(tǒng)的動力學建模和動態(tài)仿真模擬及其控制問題的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文主要從以下幾個方面展開深入研究:（1）分別介紹國內外非完整系統(tǒng)動力學和輪式機器人的研究現(xiàn)狀。又進一步介紹輪式機器人的基本構造和特點及其建模方法和基礎理論。主要包括牛頓矢量力學系統(tǒng)和以拉格朗日方程為代表的分析力學系統(tǒng)。其中分析力學體系中的Routh方程和高斯原理是處理動力學問題的常用方法,能夠較方便的處理復雜多剛體系統(tǒng)動力學及控制問題。（2）采用非完整力學常用方法Routh方程建立了輪式機器人的運動學和動力學模型�；跓o側滑狀態(tài)建立系統(tǒng)的動力學方程并模擬,能直觀地看出系統(tǒng)運動的不確定性。其次考慮驅動力矩不對稱時系統(tǒng)會發(fā)生側滑現(xiàn)象,給出前輪側滑的非光滑約束條件和臨界狀態(tài)... 

【文章來源】：青島理工大學山東省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 國內外相關研究
        1.2.1 非完整系統(tǒng)動力學研究現(xiàn)狀
        1.2.2 移動機器人研究現(xiàn)狀
        1.2.3 輪式移動機器人建模方法及基礎理論
        1.2.4 非完整輪式機器人控制方法
    1.3 本文主要內容與結構安排
第2章 非完整系統(tǒng)與輪式移動機器人簡介
    2.1 引言
    2.2 約束、廣義坐標和自由度
    2.3 非完整約束
        2.3.1 非完整約束的條件及特征
        2.3.2 非完整約束的判別
        2.3.3 非完整系統(tǒng)在位形空間中的可達性
    2.4 非完整約束實例分析
    2.5 輪式機器人的構造和基本特征
        2.5.1 輪式移動機器人構成要素
        2.5.2 輪式移動機器人基本構型
    2.6 輪式移動機器人的非完整特性分析
    2.7 本章小結
第3章 基于Routh方程的非完整系統(tǒng)動力學建模分析
    3.1 引言
    3.2 Routh方程
    3.3 移動機器人的力學建模
        3.3.1 移動機器人系統(tǒng)的運動模型
        3.3.2 動力學方程
        3.3.3 數(shù)值仿真分析
    3.4 考慮側滑時的力學建模及仿真
        3.4.1 前輪運動的非光滑約束條件
        3.4.2 支撐力模型與庫倫摩擦力計算
        3.4.3 數(shù)值仿真分析
    3.5 本章小結
第4章 基于高斯原理的非完整系統(tǒng)動力學分析
    4.1 引言
    4.2 高斯原理簡介
        4.2.1 力學的變分原理
        4.2.2 高斯原理
        4.2.3 質點形式的高斯最小拘束原理
        4.2.4 廣義坐標形式的高斯最小拘束原理
    4.3 準坐標形式的高斯最小拘束原理
        4.3.1 準速度與準坐標
        4.3.2 準坐標形式的高斯最小拘束原理推導
    4.4 實例分析
    4.5 仿真結果
    4.6 本章小結
第5章 基于動力學模型的軌跡規(guī)劃與跟蹤控制
    5.1 引言
    5.2 建立帶輸入補償?shù)膬?yōu)化控制模型
    5.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性理論
    5.4 軌跡跟蹤及動力學控制模型
        5.4.1 軌跡跟蹤原理
        5.4.2 動力學控制模型建立
    5.5 控制器模型
        5.5.1 控制器數(shù)學模型
        5.5.2 速度跟蹤控制器設計
        5.5.3 轉角跟蹤控制器設計
        5.5.4 建立Simulink仿真模型
        5.5.5 仿真結果
    5.6 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 本文的主要創(chuàng)新
    6.3 本文工作展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間論文發(fā)表及科研情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]廣義坐標的形成史[J]. 梅鳳翔,李彥敏,吳惠彬.  動力學與控制學報. 2017(05)
[2]分析動力學中的基本方程與非完整約束[J]. 劉才山.  北京大學學報(自然科學版). 2016(04)
[3]帶有未知參數(shù)和有界干擾的移動機器人軌跡跟蹤控制[J]. 陳罡,高婷婷,賈慶偉,周奇才,黃江帥,王薇.  控制理論與應用. 2015(04)
[4]廣義坐標形式的高斯最小拘束原理及其推廣[J]. 姚文莉,戴葆青.  力學與實踐. 2014(06)
[5]含單邊非完整約束飛機滑跑的建模與仿真方法[J]. 徐梓堯,王琪.  北京航空航天大學學報. 2015(05)
[6]基于高斯原理的多體系統(tǒng)動力學建模[J]. 劉延柱.  力學學報. 2014(06)
[7]非完整移動機器人的自適應滑模軌跡跟蹤控制[J]. 閆茂德,吳青云,賀昱曜.  系統(tǒng)仿真學報. 2007(03)
[8]平行雙輪電動車的建模與控制仿真[J]. 韓建海,李航,白玉川,李濟順.  中國機械工程. 2005(08)
[9]一類不確定非完整動力學系統(tǒng)的時變鎮(zhèn)定[J]. 董文杰,霍偉.  自動化學報. 1999(03)
[10]一類不確定非完整動力學系統(tǒng)的魯棒鎮(zhèn)定及其在移動機器人中的應用[J]. 王朝立,霍偉.  機器人. 1998(06)

博士論文
[1]輪式機器人的移動系統(tǒng)建模及基于模型學習的跟蹤控制研究[D]. 宋興國.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]非完整輪式移動機器人的運動控制[D]. 馬海濤.中國科學技術大學 2009
[3]輪式移動機器人的運動控制[D]. 祝曉才.國防科學技術大學 2006

碩士論文
[1]三輪移動機器人運動控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 王兵.東南大學 2017
[2]四驅輪式移動機器人建模與運動控制研究[D]. 卓穎莉.浙江大學 2017
[3]關于非完整動力學的幾個基本問題[D]. 金波.湖南大學 2003



本文編號：2903901