| 摘要 | 第4-6页 |
| Abstract | 第6-7页 |
| 第1章 绪论 | 第11-22页 |
| 1.1 课题研究背景和意义 | 第11-12页 |
| 1.2 国内外研究现状 | 第12-18页 |
| 1.2.1 轮式自平衡机器人系统结构的相关研究 | 第12-15页 |
| 1.2.2 轮式自平衡机器人系统动力学建模的相关研究 | 第15-16页 |
| 1.2.3 轮式自平衡机器人运动控制方法的相关研究 | 第16-18页 |
| 1.3 本文主要研究内容 | 第18-19页 |
| 1.4 本文结构 | 第19-22页 |
| 第2章 球轮自平衡机器人物理系统的设计 | 第22-30页 |
| 2.1 引言 | 第22页 |
| 2.2 机械系统的设计 | 第22-23页 |
| 2.2.1 机械结构 | 第22-23页 |
| 2.2.2 机器人运动原理 | 第23页 |
| 2.3 电气系统的设计 | 第23-27页 |
| 2.3.1 系统总体构成 | 第23-25页 |
| 2.3.2 姿态检测系统 | 第25页 |
| 2.3.3 控制系统 | 第25-26页 |
| 2.3.4 执行系统 | 第26-27页 |
| 2.3.5 电源系统 | 第27页 |
| 2.3.6 通讯系统 | 第27页 |
| 2.4 程序设计 | 第27-29页 |
| 2.4.1 程序框架设计 | 第27-28页 |
| 2.4.2 软件流程设计 | 第28-29页 |
| 2.5 本章小结 | 第29-30页 |
| 第3章 球轮自平衡机器人的动力学建模 | 第30-48页 |
| 3.1 引言 | 第30-31页 |
| 3.2 球轮自平衡机器人的数学模型 | 第31-41页 |
| 3.2.1 模型假设 | 第31页 |
| 3.2.2 系统坐标、参数及变量设定 | 第31-33页 |
| 3.2.3 俯仰(横滚)平面动力学模型 | 第33-36页 |
| 3.2.4 偏航平面动力学模型 | 第36-38页 |
| 3.2.5 系统的状态空间方程 | 第38-39页 |
| 3.2.6 力矩转换关系 | 第39-41页 |
| 3.3 模型验证 | 第41-46页 |
| 3.3.1 零输入响应仿真实验 | 第41-43页 |
| 3.3.2 零状态响应仿真实验 | 第43-46页 |
| 3.4 系统能控能观性分析 | 第46-47页 |
| 3.5 本章小结 | 第47-48页 |
| 第4章 球轮自平衡机器人姿态平衡控制的研究 | 第48-60页 |
| 4.1 引言 | 第48页 |
| 4.2 基于线性PID的姿态平衡控制器设计 | 第48-50页 |
| 4.3 基于数学模型的仿真实验 | 第50-53页 |
| 4.3.1 起摆实验 | 第50-51页 |
| 4.3.2 实验结果分析 | 第51-53页 |
| 4.4 基于数学模型和虚拟样机的联合仿真实验 | 第53-56页 |
| 4.4.1 仿真环境的搭建 | 第53-55页 |
| 4.4.2 自平衡实验 | 第55-56页 |
| 4.5 物理实验 | 第56-58页 |
| 4.6 本章小结 | 第58-60页 |
| 第5章 球轮自平衡机器人运动行为控制方法的研究 | 第60-78页 |
| 5.1 引言 | 第60页 |
| 5.2 基于非线性PD的姿态控制器设计 | 第60-61页 |
| 5.3 仿真实验与分析 | 第61-68页 |
| 5.3.1 起摆实验 | 第61-64页 |
| 5.3.2 脉冲扰动实验 | 第64-66页 |
| 5.3.3 白噪声干扰实验 | 第66-68页 |
| 5.4 基于数学模型和三维模型的联合仿真实验 | 第68-70页 |
| 5.5 基于双闭环结构的运动平衡控制器 | 第70-71页 |
| 5.6 球轮自平衡机器人运动行为控制仿真实验 | 第71-77页 |
| 5.6.1 定点自平衡实验 | 第71-73页 |
| 5.6.2 基于虚拟样机的运动控制实验 | 第73-77页 |
| 5.6.3 基于虚拟样机的鲁棒性测试实验 | 第77页 |
| 5.7 本章小结 | 第77-78页 |
| 结论 | 第78-80页 |
| 参考文献 | 第80-83页 |
| 攻读硕士学位期间取得的学术成果 | 第83-85页 |
| 致谢 | 第85页 |