一种具备偏航能力的独轮机器人设计方法技术领域
本发明涉及一种机器人设计方法，具体涉及一种具备偏航能力的独轮机器人设计方法，属于智能产品技术领域。
背景技术
独轮机器人作为一种重要的科学研究机器人，一直以来受到全世界的强烈关注，特别是日本的村田少女的问世，使得人们对独轮机器人的兴趣大增，独轮机器人是典型的欠驱动多藕合系统，因而其控制难度要难于其他机器人；独轮机器人是一个俯仰、横滚、偏航三个自由度藕合的复杂系统，对于单自由度一级倒立摆，现有的控制方法可做到很好的效果，但是，由于独轮机器人的单一行走轮特性，使得其成为一个欠驱动的系统，那就是在侧向平衡不像纵向平衡一样通过轮子的前后转动达到，因为轮子没办法像螃蟹一样左右运动，另外独轮机器人转向也缺少驱动机构。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提出了一种具备偏航能力的独轮机器人设计方法，通过设计LQR控制器实现了对独轮机器人的自平衡及偏航控制，并通过仿真和物理实验进行验证，设计了抗干扰实验，结果表明，所得出的状态空间方程是正确的。
（二）技术方案
本发明的具备偏航能力的独轮机器人设计方法，包括以下步骤：
第一步：对基于独轮机器人的动力学方程得到的状态空间方程有较多不足，其为了简化计算忽略了很多祸合因素的影响，导致系统不可控的问题，在深入分析独轮机器人动力学方程的基础上得到了其状态空间方程，针对状态方程的耦合项的一些错误，结合实物实验推导的动力学方程对具体的藕合系数进行修正；
第二步：对独轮机器人控制中三个自由度控制先后顺序进行分析和说明；
第三步：在研制系统可控后设计了LQR控制器，并分别进行仿真和实物实验，较好地完成了独轮机器人的自平衡及偏航控制目标，并通过设计抗干扰实验，验证了系统的鲁棒性。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明的具备偏航能力的独轮机器人设计方法通过设计LQR控制器实现了对独轮机器人的自平衡及偏航控制，并通过仿真和物理实验进行验证，设计了抗干扰实验，结果表明，所得出的状态空间方程是正确的。
具体实施方式
一种具备偏航能力的独轮机器人设计方法，包括以下步骤：
第一步：对基于独轮机器人的动力学方程得到的状态空间方程有较多不足，其为了简化计算忽略了很多祸合因素的影响，导致系统不可控的问题，在深入分析独轮机器人动力学方程的基础上得到了其状态空间方程，针对状态方程的耦合项的一些错误，结合实物实验推导的动力学方程对具体的藕合系数进行修正；
第二步：对独轮机器人控制中三个自由度控制先后顺序进行分析和说明；
第三步：在研制系统可控后设计了LQR控制器，并分别进行仿真和实物实验，较好地完成了独轮机器人的自平衡及偏航控制目标，并通过设计抗干扰实验，验证了系统的鲁棒性。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。