推荐低重心式两轮车动力学建模与分析精品文档格式.docx
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作者签名:
日 期:
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日期:
年月日
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涉密按学校规定处理。
日期:
导师签名:
日期:
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业(设计)期间的出勤情况
二、(设计)质量
1、(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的(设计)任务(包括装订及附件)?
三、(设计)水平
1、(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、(设计)质量
二、(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
摘要
随着科学技术的迅速发展,移动机器人得到越来越多的关注。
两轮自平衡机器人作为一种典型的轮式移动机器人,具有适应环境能力强,移动和转向灵活方便、运动效率高、能量损耗小等特点,能够完成多轮机器人无法完成的复杂运动及操作,特别适用于工作环境变化大、任务复杂的场合,因此自平衡两轮机器人在工业、民用、军事以及太空探索等领域具有广泛的应用前景。
但是,由于两轮自平衡机器人属于非完整约束、欠驱动系统,具有多变量、非线性和欠驱动的特点,因此其动力学方程复杂,控制系统设计难度大,限制了该类机器人的发展。
本文在总结现有各种两轮自平衡机器人样机构型的基础之上,提出一种新型的两轮自平衡机器人构型方案——低重心式两轮车,该两轮车能够进行全方位行走,运动速度快,零转弯半径,具有灵活的运动能力。
不同于倒立摆式的设计结构,由于采用下垂摆式的结构,因此该两轮车系统具有本质稳定性。
针对一般两轮车车体产生的震荡现象,我们提出采用磁流变效应的原理,对车体震荡现象进行主动抑制。
通过对低重心式两轮车的运动规律,转向机理进行分析,建立了低重心式两轮车的动能、势能和磁流变阻力矩的数学模型,进而利用拉格朗日方程建立了低重心式两轮车的动力学模型,为低重心式两轮车控制策略的设计提供了理论依据。
最后利用MATLAB对得到的动力学模型进行了仿真分析,以获得期望的低重心式两轮车的位移、速度、摆角的实验曲线。
通过分析仿真数据验证了建立的动力学模型正确性与有效性。
关键词:
两轮车;
非完整约束;
动力学建模;
拉格朗日乘子法
DynamicModelingandAnalyzingofaTwo–wheeledVehiclewithLow-gravity
Abstract
Withthedevelopmentofthescienceandtechnology,moreattentionfocusonthemobilerobot.Asakindofwheeledmobilerobot,two-wheeledself-balancedrobotshavethecapabilitytoadapttheplexsituations.Itcanmoveandshiftflexibility.Therefore,two-wheeledself-balancedrobotcanperformseveralroundsoftheplicatedmotionwhichthemulti-wheeledrobotcannotachieve,especiallyinthechangefulenvironmentsuchasspaceexploration,topographicreconnaissanceandtransportationofdangerousgoods.Soitissuitablefordetectinginnarrowanddangerousspaceandhasawideforegroundbothincivilianandspaceexplore.Buttwo-wheeledself-balancedrobothasmulti-variable,non-linearandparameteruncertaintycharacteristics.Therefore,thedynamicequationisquiteplexanditisdifficulttodesignacontrolsystem.Bothofthenegativefactorslimitedthedevelopmentofsuchrobots.
Basedonsummarizationsofthepresenttwo-wheeledself-balancedrobotinviewofstructure,anewtwo-wheeledself-balancedrobothasbeenproposed.ThatisTwo-wheeledVehiclewithLowgravity.Two-wheeledVehiclewithLowgravityischaracterizedbyrapidmotion,itcanbothruninomnidirectionandturnwithzeroradius.Thedesignofthestructureisdifferentfromtheinvertedpendulum.Duetoadoptthestructureofhangedpendulum,thetwowheeledvehiclewithlowgravityhasthenatureofstability.Inordertoaddressthevibrationphenomenonwhichisgenerallyexistedinthetwowheeledvehicle,weproposeamethedtousetheprincipleofmagnetorheologicaleffectonthebodytosuppresstheshockphenomena.Thispaperanalyzesthelawofmotionandsteeringmechanismofthetwo-wheeledvehiclewithlowgravity.Throughanalysisofrobotindetail,wegetrobot’smodelofkineticenergy
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