Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
ℹ️Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
Введение 3
Постановка задачи 3
Обзор литературы 4
Глава 1. Математическая модель 5
1.1. Постановка задачи 5
1.2. Кинематика 5
1.3. Динамика 11
1.4. Итоговые уравнения 27
Глава 2. Компьютерное моделирование 30
2.1. Постановка задачи 30
2.2. Создание Simulink-модели 31
2.3. Построение регуляторов для стабилизации системы 33
2.3.1 ПИД-регулятор 34
2.3.2 LQR-регулятор 35
2.4. Результаты экспериментов 37
Выводы 42
Заключение 43
Список литературы 44
📖 Введение
В сфере робототехники существует огромное множество разных типов роботов: робот-манипулятор, SCARA-робот, дельта-робот, колесные роботы, квадрокоптеры и т.д. Все они имеют свою кинематику, динамику, а также у каждого свои преимущества и недостатки по сравнению с другими версиями. Большой интерес представляют балансирующие роботы, которые имеют неустойчивое состояние и вынуждены постоянно стабилизироваться в определенном положении. Балансирующий робот на сферическом колесе является одним из таких роботов. За счет того, что он имеет единственную точку контакта с поверхностью, он способен легко перемещаться во всех направлениях. Поэтому он, по сравнению с обычным колесным роботом имеет высокую подвижность и маневренность. Следующее преимущество - робота можно сделать высоким, при этом, чем он выше, тем более устойчив. И еще одно преимущество данной версии колесного робота - он может двигаться по наклонным и подвижным поверхностям. Заметим, в литературе нет подробного описания математических моделей данной версии робота, а в открытых источниках можно найти краткую информацию лишь о трехколесной версии. Таким образом, необходимо рассмотреть вывод математической модели, построить стабилизирующее управление и представить результаты для дальнейших исследований в данном направлении. В данной работе рассматривается случай балансирующего робота с четырьмя электроприводами с омниколесами, приводится пример его математической модели, а также ее симуляция и вычисление стабилизирующего управления. Четырехколесная версия представляет особый интерес, поскольку обладает большей маневренностью за счет большего количества управляющих степеней свободы.
✅ Заключение
В результате проведенной работы получены следующие результаты:
• выведены кинематическая и динамическая модели рассмотренного балансирующего робота на сферическом колесе;
• реализована компьютерная модель для проведения численных экспериментов;
• проведена линеаризация системы в положении равновесия;
• синтезированы ПИД-регулятор и LQR-регулятор, проведено сравнения динамики при стабилизации системы.
В дальнейшем планируется изучить динамику балансирующего робота при изменении физических параметров системы, проверить более сложные законы управления, а также сделать физическую реализацию балансирующего робота на сферическом колесе на основе использованных в модели параметров.
