【摘 要】
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拖挂式自行车机器人是一种由普通自行车和拖挂车组成的自行车机构,包含有三个车轮,相比普通自行车能有效提高系统的负载能力;如果能在拖挂式自行车机器人的负载特性研究上取得突破,那么该机构将成为一种新型道路交通工具。由于负载质量和负载位置对拖挂式自行车机器人的动态平衡特性有重要的影响,因此本文将针对负载质量大小及前后位置对拖挂式自行车机器人动态平衡特性的影响的问题进行研究,主要研究内容如下:（1）针对该系
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目批准号:51765011）；
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拖挂式自行车机器人是一种由普通自行车和拖挂车组成的自行车机构,包含有三个车轮,相比普通自行车能有效提高系统的负载能力;如果能在拖挂式自行车机器人的负载特性研究上取得突破,那么该机构将成为一种新型道路交通工具。由于负载质量和负载位置对拖挂式自行车机器人的动态平衡特性有重要的影响,因此本文将针对负载质量大小及前后位置对拖挂式自行车机器人动态平衡特性的影响的问题进行研究,主要研究内容如下:（1）针对该系统完成查浦雷金方程中各个变量的计算,建立系统的动力学模型;利用逆动力学仿真和虚拟样机仿真验证该模型的正确性。（2）基于该系统设计两种控制器,一种是基于理想模型所设计的部分反馈线性化控制器,另一种是基于模型具有不确定项和干扰所设计的滑模控制器;对所设计的两种控制器进行稳定性分析。（3）规划牵引车车架横滚角轨迹,设计一种不含控制器的数值仿真,从单一变量的角度阐明负载质量大小及前后位置对系统动态平衡特性的影响;在改变负载质量大小及前后位置条件下,利用MATLAB软件对基于部分反馈线性化控制器和滑模控制器进行仿真并对其结果进行分析,同时对不含控制器和含控制器的仿真结果进行对比分析;引入正弦干扰信号,对比部分反馈线性化控制器和滑模控制器仿真结果,说明滑模控制器对于拖挂式自行车机器人平衡控制具有优越性。（4）借助MATLAB和ADAMS软件共同搭建拖挂式自行车机器人虚拟样机仿真环境;在不同负载质量大小及前后位置条件下,对基于滑模控制器的拖挂式自行车机器人进行虚拟样机仿真并对其结果进行分析,同时对比分析其结果与数值仿真结果。（5）参与机器人的机械结构和电控系统的设计与搭建,其中电控系统是以工控机为控制核心单元,以DSP控制板进行数据采集和处理为辅助单元;编写软件系统程序,软件系统包括基于VS2010环境开发工控机程序和基于CCS3.3环境开发DSP程序;采用PD控制器进行物理样机实验,验证软硬件系统的可靠性和拖挂式自行车机器人机械结构的可实施性,为之后变负载质量和前后位置实验提供一个可靠平台。本论文探索负载质量大小和负载前后位置对拖挂式自行车机器人的动态平衡特性影响的问题;从规划牵引车车架横滚角轨迹进行数值仿真分析到基于部分反馈线性化控制器和基于滑模控制器的数值仿真分析再到基于滑模控制器的虚拟样机仿真分析,验证了其结果的一致性。
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