两轮自平衡机器人：建模、仿真与模糊控制研究

"两轮自平衡机器人建模与仿真" 两轮自平衡机器人是一种基于倒立摆原理的自动化设备，起源于20世纪90年代末，它融合了轮式机器人和自主移动的概念。这种机器人因其小巧的体积和灵活的运动能力，特别适合在狭窄和危险的环境中工作，无论在军事还是民用领域都具有广阔的应用前景。 本文首先介绍了两轮自平衡机器人的物理样机模型，包括机器人的主体结构和尺寸设计。通过深入的运动学和动力学分析，建立了数学模型，得到了描述机器人运动状态的空间方程。这些方程为设计有效的控制策略和适应不同工作环境的运动控制提供了理论基础。 在模型建立的基础上，论文使用Pro/E软件构建了机器人的三维几何模型，并在ADAMS/View中完成了仿真模型的构建，包括设置运动副和运动约束。通过仿真模拟了机器人在动态平衡、角度跟踪、速度跟踪、爬坡以及在受外部干扰时保持平衡等多种场景，验证了机器人的动态性能。 论文进一步探讨了模糊控制策略在两轮自平衡机器人中的应用，设计了一个两轮同步模糊控制器。借助ADAMS/Controls模块、MATLAB的Simulink工具箱和模糊控制工具箱，建立了一个虚拟的模糊控制系统，进行联合控制仿真，结果表明模糊控制策略能快速、稳定、精确地实现两轮同步控制。 通过对两轮自平衡机器人的建模和仿真分析，不仅获取了满足要求的动力学仿真数据，为实际工程提供了理论依据和数据参考，而且验证了机器人结构设计的合理性。论文最后成功研制出实物原型，实现了两轮自平衡机器人的实体构建。 关键词：两轮自平衡机器人；虚拟样机技术；动力学仿真；模糊控制 总结来说，这篇论文深入探讨了两轮自平衡机器人的建模与仿真技术，涵盖了从机械设计、运动学与动力学建模到控制策略（尤其是模糊控制）的全面研究，对于理解此类机器人的工作原理和控制系统设计具有重要的参考价值。