阮曉鋼，李世臻，侯旭陽，李欣源
北京工業大學電控學院，北京

摘　　　要：柔性兩輪機器人是一種不穩定、非線性、強耦合系統。該系統的突出特點是在機器人的腰部裝有柔性的機體結構，能夠更好地模擬人和動物的生物動力學特性，具有更好的仿生性質，同時，系統的控制難度顯著增大，為使機器人能夠平衡直立運動，且具有較強的魯棒性，提出了非線性ＰＤ的姿態平衡控制方法，實現了機器人的姿態平衡，并同時設計了ＰＩＤ航向差動控制結構驅動左右輪電機，使機器人能夠完成直線行進、自旋、環繞等多種運動平衡模式。實驗結果表明，機器人具有優良的平衡能力和機動性能，從而驗證了方法的有效性。

關　鍵　詞：柔性；雙輪機器人；ＤＳＰ；ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５；非線性ＰＤ；ＰＩＤ控制器；軌跡

１　引　言
兩輪自平衡機器人本身就是一個非線性，欠驅動的系統，是一類重要的科學研究和實驗研究機器人。機器人運動平衡控制問題，既是機器人學研究的重要問題，又是控制科學研究的重要問題。柔性兩輪自平衡機器人突出特點是連接機器人上和下部彈性腰椎，這樣機器人更加具有仿人的特性，但同時給機器人的控制提出了更高的要求。國內外對雙輪機器人運動平衡控制的研究方法有很多。文獻［１］提出模糊控制的方法進行平衡控制。文獻［２］中以極點配置狀態反饋的方法設計控制器。這些研究成果，能夠很好地解決剛性機器人的平衡問題，但是對于含柔性腰椎關節的機器人卻難以達到滿意的控制性能。本文結合雙輪自平衡機器人的動力學特點，提出一種非線性ＰＤ姿態控制器（ＰＤＮＬＢ）和ＰＩＤ軌跡控制器構成機器人的運動平衡控制系統。使機器人具有在大范圍內的控制能力，更加具有全局通用性。

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