獨輪車機器人驅動關節特性的分析及實驗研究

莊 未，江 漢，朱贛閩，何淑通，張 帆

(桂林電子科技大學機電工程學院， 廣西桂林541004)

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獨輪車機器人驅動關節特性的分析及實驗研究

莊 未，江 漢，朱贛閩，何淑通，張 帆

(桂林電子科技大學機電工程學院， 廣西桂林541004)

為了研究獨輪車機器人驅動關節的特性，針對一臺3驅動獨輪車機器人樣機，采用多種方法對其關節驅動電機的電流跟蹤響應(正弦電流、指數衰減電流、階躍電流)、速度跟蹤響應(正弦速度、指數衰減速度)、力矩系數辨識以及車體俯仰平衡控制進行了實驗和分析。研究結果表明，驅動關節對不同電流和速度曲線的跟蹤響應在時域上存在一定滯后，但在幅值和頻率上體現了良好的動態性能，且關節驅動電機的電流與關節的輸出力矩具有較好的線性關系(τi=2.47I)。利用該關系并引入了基于部分反饋線性化設計的PD控制器即可達到一定的俯仰平衡控制效果。本研究明確獨輪車機器人驅動關節特性對系統平衡控制的意義，可為獨輪車機器人的其他平衡運動提供理論參考。

獨輪車機器人；關節驅動特性；部分反饋線性化

獨輪車機器人是一種輕便靈活、節能環保的新型道路行走機構，因其在快遞物流、服務表演等行業具有潛在的應用而受到人們的關注[1-6]。

獨輪車機器人獨輪接地的特性決定其研究首先要解決平衡問題[1-6]。Schoonwinkel[7]采用線性LQR方法實現了其機器人的前后運動平衡，然而其控制器的魯棒性有待提高。文獻[8]中采用LQG的平衡策略使獨輪車機器人具備了全方位穩定的能力，但這與機器人的實際工況仍有不同。……