球形轮组结构及其控制系统设计

作     者：翟建丽 莫浩明 曾德胜 周杰 王可涵 陆厚霖 胡恰锋 王作桓 Zhai Jianli;Mo Haoming;Zeng Desheng;Zhou Jie;Wang Kehan;Lu Houlin;Hu Qiafeng;Wang Zuohuan

作者机构：广东工业大学华立学院广州511300 

出 版 物：《机电工程技术》 (Mechanical & Electrical Engineering Technology)

年 卷 期：2020年第49卷第11期

页      面：176-179页

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：广东大学生科技创新培育专项资金项目(编号:pdjh2019b0613) 

主　　题：自平衡 拉格朗日方程 串级PID ROS上位机 

摘      要：研究的球形轮组是通过控制3个全向轮的转速和方向维持自身不倒,在不改变方向的前提下能在平面上任意移动的系统。其具有非线性、强耦合和欠驱动问题,因此需要进行动力学分析和控制系统的设计。采用建模软件建立球形轮组物理模型,并完成球形轮组的制作和电路设计;用拉格朗日方程展开动力学分析,将球形轮组简化成全向轮、球轮和机身三部分,得出电机的扭矩与全向轮的力和力矩的关系;结合动力学分析的内容设计一套串级PID控制算法与ROS系统建立的上位机联合处理传感器采集的姿态数据,计算出电机的控制变量;将物理模型与控制算法相结合,利用仿真软件验证其能够实现自平衡。