庄　未，江　汉，刘成举，何淑通，张明明

(桂林电子科技大学 机电工程学院，广西 桂林　541004)



一种独轮车机器人俯仰平衡运动的控制与实现

庄未，江汉，刘成举，何淑通，张明明

(桂林电子科技大学 机电工程学院，广西 桂林541004)

针对一台3驱动独轮车机器人系统，对其运动学和动力学特性进行了分析，给出了一种可实现其前后俯仰平衡运动的控制策略;通过对独轮车俯仰运动分析，建立了独轮车俯仰平衡运动的简化力学模型；采用部分反馈线性化的控制方法对车体俯仰角进行了线性化处理，以车体俯仰角和行走轮转角为输出设计了控制器；最后，通过数值仿真实验和物理样机实验验证了力学模型的可靠性和所设计的控制器的有效性。

独轮车机器人；俯仰平衡运动；部分反馈线性化

0　引言

独轮车机器人具有静态不稳定而动态可稳定的动力学特性。由于其独轮接地的特点而使其成为一种结构轻巧、节能灵活的新型道路行走机构。这种机器人在快递物流、服务表演等服务型行业具有潜在的应用，由此受到人们广泛的关注[1]。

近些年，相关领域科研人员将精力主要集中在所研究的独轮车机器人系统的平衡控制策略的设计和验证等方面。在不考虑系统的状态耦合的前提下，Schoonwinkel[2]利用线性LQR方法来实现了其设计的机器人的俯仰平衡，然而其控制器的鲁棒性有待提高。文献[3]将动态模型作线性化处理，采用LQG的平衡策略使得独轮车机器人系统具备了全方位稳定的能力，但这与机器人的实际工况仍有不同。……