Динамика и управление автономным мобильным роботом с двумя соосными колесами

• Автор: Белотелов, Вадим Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Механическая модель мобильного робота с двумя соосными колесами
1.1. Конструкция робота
1.2. Об автоматизированном выводе уравнений движения систем связанных твердых тел
1.3. Различные формы уравнений движения робота
1.3.1. Применение общих теорем для получения уравнений движения аппарата
1.3.2. Уравнения Маджи
1.3.3. Уравнения Аппеля
1.3.4. Безразмерные уравнения движения двухколесного аппарата
1.3.5. Частные случаи уравнений движения
1.4. Сравнение трудоемкости получения уравнений различными методами
Глава 2. Построение алгоритмов управления роботом
2.1. Стационарные движения аппарата
2.1.1. Движение по прямой
2.1.2. Движение по окружности
2.1.3. Условие реализуемости стационарного движения
2.2. Условия управляемости
2.3. Собственные значения разомкнутой системы
2.4. Алгоритмы управления продольным движением
2.5. Алгоритмы управления боковым движением
2.6. Численные эксперименты с математической моделью
2.7. Стационарные движения динамически несимметричного аппарата
2.8. Алгоритм управления несимметричным аппаратом
2.9. Численное исследование движения несимметричного аппарага94 Глава 3. Задача определения фазовых переменных маятника на колесной паре
3.1. Определение угла наклона корпуса при помощи показаний акселерометров
3.2. Использование датчиков поворота колес для определения фазовых переменных
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Последнее десятилетие отмечено резким возрастанием интереса к новому семейству двухколесных транспортных средств, содержащих одну колесную пару с закрепленным на нем корпусом. Эти средства возникли как ответ на требования разработки маневренных транспортных средств, используемых для решения ряда промышленных задач, создания развлекательных устройств, ухода за больными, обслуживания и др.
Рис. 1. Машина «ЦугаиФ» итальянского инженера Эрнста Фракелли
Одно из первых упоминаний об аппарате с двумя соосными колесами появилось еще в 1935 г. [49], (см. рис. 1). Центр масс этой двухколесной машины располагался ниже оси вращения колес, а управление осуществлялось водителем, сидящим внутри машины. С тех пор было разработано много машин такого типа, которые в обзоре [75] были разделены на три группы:
- аппараты без какой-либо стабилизации платформы
- аппараты с механической стабилизацией платформы
- аппараты с электронной стабилизацией платформы.
В частности, аппарат, представленный на рис. 1, относится по этой классификации к первой группе.
В 2001 г. было анонсировано новое транспортное средство, разработанное компанией 8е§¥ау 1ХС, в котором центр масс корпуса (вместе со

p3_ m2 Py2
Pl ~

(V-anr
mAplAX2 '
V - aQ;r

+—N2 (1.3.21) r
Подставляя полученные значения сил и моментов в уравнения (1.3.10), (1.3.15) для корпуса, получим систему, которую можно рассматривать как линейную для шести переменных V, Г2а, Ц;/, S2 - F2 + F2, F3, F3
Второе уравнение (1.3.10) после подстановки значений реакций дает выражение для суммы горизонтальных реакций S2
S2 = (>nxb3 + 2mArx (l + с)) sin a Clv, + (/«, + 2m2 + 2mA) V+
+(2mxb + 4m4rx (l + c))cosaQaQ!(/ - mxb2Q.£
Третье уравнение (1.3.10) после подстановки реакций содержит сумму вертикальных реакций Ff + F3'. Первое уравнение (1.3.15) после подстановки значений сил и моментов содержит разность F3 - F3 , а также S2 Подставляя выражение (1.3.22) для S2 получаем два уравнения, из которых определяем вертикальные составляющие реакций опорной плоскости:
(1.3.22)
Fl ={(Рху cosa ~ [аЪг - Ь2Ьз + /)sina) - тЛ (! + фт« -L-Li(ypxzcos2a + (b3 + p2xX -px jsinarcosa + rsinajQ +

л—irl(l + c)(T + r1(l + c,)cosa)sinaQv/ -j-psin«n3

[ab3-b2b3 + /cosaQ3 -/щф + фоэстф

mx(r + b3cosa) n 2 a a

• + rj(l + c)cosa + -

*4 +
+—(b + 2b3r cos a - 2pxz sin 2a + (b3 + p2xX - px) cos 2a + ф ) фф +
2 a 2m.

( + c)cosa + rx (l + cos2a + p2y 1 + - j
-~(v + (b2b3 +p)cosa- Pxy sin«) Q3

+ 1Щ + mA
(1.3.23)