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1、北京工业大学毕业设计（论文）- 1 -北京工业大学学士学位论文基于 ADAMS 的两轮机器人运动研究学院 电子信息与控制工程学院专业 自动化 姓名 学号 指导老师 2011 年 05 月 20 日北京工业大学毕业设计（论文）- 2 -摘 要机器人（ROBOT）是人类设计出来为替代人进行工作的机器。两轮机器人结构简单、运动灵活、适合在狭小和危险的空间内工作，在各个领域有着广泛的应用。两轮机器人的概念是 20 世纪 90 年代提出来的，属于轮式机器人的范畴。文章旨在利用 ADAMS（机械动力学仿真系统）研究两轮机器人的运动情况，阐述了两方面内容：第一是利用 MATLAB 对机器人模型进行分析，确定
2、各项运动参数和受力，根据分析结果设计控制系统，使得机器人系统能够平衡，进而在平衡基础上有规律运动。两轮机器人是一个非线性、不稳定的系统，其运动学原理和倒立摆相同。为了方便研究，首先把两轮机器人模型简化为倒立摆，进行受力分析和控制方案设计，再在 MATLAB 环境下对倒立摆控制情况进行SIMULINK 仿真，进而拓展为对两轮机器人的控制；第二是完成 MATLAB 仿真后，学习 ADAMS 理论知识，再根据 MATLAB 分析结果，结合实际情况，在 ADAMS环境下设计出两轮机器人模型，添加控制约束，模拟机器人运动情况。仿真结果显示，此次设计对两轮机器人的控制达到了预期目标，控制效果良好，实现了两
3、轮机器人在 ADAMS 环境下的平衡和运动控制，改善了系统的不稳定性能，调节时间短，抗干扰能力强，直观地观察到了两轮机器人在 ADAMS环境下的运动情况。关键词： 两轮机器人 MATLAB ADAMS 运动研究 倒立摆北京工业大学毕业设计（论文）- 3 -abstractRobot is a man who designed the work carried out for alternative products. Wheeled robot is a simple structure, flexible movement, suitable for small and dangerous
4、work space robot, in all fields have a wide range of applications. The concept of two wheeled robot is presented to the 20th century, 90 years, belonging to the scope of wheeled robots.Article aims to use ADAMS (Mechanical Dynamics Simulation System) to study the movement of two robots, described tw
5、o aspects: first, the robot model using MATLAB analysis to determine the parameters of the movement and force, based on an analysis Control system were designed so that the robot system to balance, then the balance on a basis of regular exercise. Two wheeled robot is a nonlinear and unstable system,
6、 the kinematic theory and the same inverted pendulum. To facilitate the study, the first two rounds of the robot model to be simplified as an inverted pendulum, the force analysis and control design, and then in the MATLAB environment, the situation on the inverted pendulum control SIMULINK simulati
7、on, and then expanded to the control of two robots; The second is the completion of MATLAB simulation, the learning of theoretical knowledge ADAMS, MATLAB analysis according to the results with the actual situation in the ADAMS environment to design two robot model, add the control constraints, simu
8、lated robot movement.Simulation results show that the design of two robot control to achieve the expected goal, the control works well, achieving a two wheeled robot ADAMS environment in balance and movement control, to improve the unstable performance of the system, adjust the time is short Anti-in
9、terference ability, directly observed two robot movement ADAMS environment.北京工业大学毕业设计（论文）- 4 -目录摘要 .- 2 -abstract.- 3 -第一章 绪论 .- 5 -第一节 两轮机器人简介及研究背景 .- 5 -第二节 两轮机器人的发展和成果 .- 6 -第三节 两轮机器人应用 .- 9 -第二章 机械系统运动学分析 ADAMS .- 10 -第一节 ADAMS 介绍 .- 10 -第二节 ADAMS 的发展和应用 .- 11 -第三节 ADAMS 主要模块功能 .- 13 -第三章 两轮机器人建模和运动控制算法研究 .- 15 -第一节 模型简化问题 .- 15 -第二节 倒立摆系统 .- 15 -第三节 建模方法介绍 .- 16 -第四节 状态空间数学模型 .- 19 -第五节 系统可控性分析 .- 20 -第六节 四阶参考模型法控制 .- 22 -第七节 LQR 法控制 .- 24 -第四章 基于 ADAMS 的两轮机器人模型实现 .- 27 -第一节 创建新模型 .- 27 -第二节 创建双轮机器人模型 .
