本發(fā)明涉及一種機器人設計方法，具體涉及一種具備偏航能力的獨輪機器人設計方法，屬于智能產(chǎn)品技術領域。

背景技術：

獨輪機器人作為一種重要的科學研究機器人，一直以來受到全世界的強烈關注，特別是日本的村田少女的問世，使得人們對獨輪機器人的興趣大增，獨輪機器人是典型的欠驅(qū)動多藕合系統(tǒng)，因而其控制難度要難于其他機器人；獨輪機器人是一個俯仰、橫滾、偏航三個自由度藕合的復雜系統(tǒng)，對于單自由度一級倒立擺，現(xiàn)有的控制方法可做到很好的效果，但是，由于獨輪機器人的單一行走輪特性，使得其成為一個欠驅(qū)動的系統(tǒng)，那就是在側(cè)向平衡不像縱向平衡一樣通過輪子的前后轉(zhuǎn)動達到，因為輪子沒辦法像螃蟹一樣左右運動，另外獨輪機器人轉(zhuǎn)向也缺少驅(qū)動機構。

技術實現(xiàn)要素：

（一）要解決的技術問題

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種具備偏航能力的獨輪機器人設計方法，通過設計LQR控制器實現(xiàn)了對獨輪機器人的自平衡及偏航控制，并通過仿真和物理實驗進行驗證，設計了抗干擾實驗，結(jié)果表明，所得出的狀態(tài)空間方程是正確的。

（二）技術方案

本發(fā)明的具備偏航能力的獨輪機器人設計方法，包括以下步驟：

第一步：對基于獨輪機器人的動力學方程得到的狀態(tài)空間方程有較多不足，其為了簡化計算忽略了很多禍合因素的影響，導致系統(tǒng)不可控的問題，在深入分析獨輪機器人動力學方程的基礎上得到了其狀態(tài)空間方程，針對狀態(tài)方程的耦合項的一些錯誤，結(jié)合實物實驗推導的動力學方程對具體的藕合系數(shù)進行修正；

第二步：對獨輪機器人控制中三個自由度控制先后順序進行分析和說明；

第三步：在研制系統(tǒng)可控后設計了LQR控制器，并分別進行仿真和實物實驗，較好地完成了獨輪機器人的自平衡及偏航控制目標，并通過設計抗干擾實驗，驗證了系統(tǒng)的魯棒性。

（三）有益效果

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的具備偏航能力的獨輪機器人設計方法通過設計LQR控制器實現(xiàn)了對獨輪機器人的自平衡及偏航控制，并通過仿真和物理實驗進行驗證，設計了抗干擾實驗，結(jié)果表明，所得出的狀態(tài)空間方程是正確的。

具體實施方式

一種具備偏航能力的獨輪機器人設計方法，包括以下步驟：

第一步：對基于獨輪機器人的動力學方程得到的狀態(tài)空間方程有較多不足，其為了簡化計算忽略了很多禍合因素的影響，導致系統(tǒng)不可控的問題，在深入分析獨輪機器人動力學方程的基礎上得到了其狀態(tài)空間方程，針對狀態(tài)方程的耦合項的一些錯誤，結(jié)合實物實驗推導的動力學方程對具體的藕合系數(shù)進行修正；

第二步：對獨輪機器人控制中三個自由度控制先后順序進行分析和說明；

第三步：在研制系統(tǒng)可控后設計了LQR控制器，并分別進行仿真和實物實驗，較好地完成了獨輪機器人的自平衡及偏航控制目標，并通過設計抗干擾實驗，驗證了系統(tǒng)的魯棒性。

上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構思和范圍進行限定。在不脫離本發(fā)明設計構思的前提下，本領域普通人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入到本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權利要求書中。