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一种独轮机器人的建模与运动平衡控制的研究的开题报告

一、研究背景及意义

独轮机器人是一种新兴的机器人类型，具有灵活性强、可穿越障碍物等优点，已经被广泛应用于各个领域。其内部结构相对于其他机器人类型复杂，同时需要一定的控制技术来保持其稳定性，因此对独轮机器人的建模与运动平衡控制的研究具有重要意义。

现有的独轮机器人建模研究主要集中在其动力学分析与建模上，而鲜有研究考虑控制算法对其运动平衡的影响。因此，本研究将聚焦于对独轮机器人的建模及运动平衡控制方法的研究，旨在提高独轮机器人的稳定性与控制精度，为其在实际应用中的推广提供技术支持。

二、研究内容与方法

本研究将分为两个主要部分：

1.独轮机器人建模部分：借鉴已有研究成果，对独轮机器人的动力学特性进行分析与建模，并采用仿真、实验等方法验证其准确性和有效性。

2.独轮机器人运动平衡控制部分：基于建立好的运动学模型，结合控制算法，探究独轮机器人的运动平衡控制方法，包括PID控制、模糊控制等，并在仿真和实验中对比不同控制算法的效果。

三、研究预期成果

1.独轮机器人动力学建模：完成独轮机器人的运动学建模，对其动力学特性进行研究并进行仿真验证，为之后的控制方法提供数据支持。

2.独轮机器人运动平衡控制：尝试不同的控制算法，并比较其仿真结果和实验数据，确定最优控制算法；设计出可更好地满足实际工程需求的体积小型、轻量化独轮机器人。

3.论文发表：根据研究成果，整理出符合规范的学术论文，提交学校相关部门审核，并尽可能在期刊和会议上发表论文，对研究成果进行散布。

四、研究计划与进度安排

2022年5月-7月：对独轮机器人的动力学特性进行系统分析与建模，完成独轮机器人的运动学模型建立，并进行仿真验证。

2022年8月-10月：设计PID控制算法，与仿真实验验证。

2022年11月-2023年1月：设计模糊控制算法，与仿真实验验证。

2023年2月-3月：论文撰写。

2023年4月-5月：完成论文修改与提交审批。

六、参考文献

1.Zhang,Y.,Wen,X.,Chen,G.(2015).Modelingandanalysisofself-balancingcontrollerforasingle-wheelrobot.Robot,37(2),233-241.

2.Zhang,Y.,Huang,J.,Zhang,Q.(2020).Aself-balancingcontrollerdesignandhardwareimplementationforasingle-wheelrobot.JournalofIntelligentRoboticSystems,97(1),63-74.

3.姚增进,杜莹凤,陈光,等.独轮机器人运动学建模及控制[J].控制工程,2020,27(02):361-365.

4.Zhang,Y.,Huang,J.,Zhang,Q.(2019).Controlsystemdesignanddynamicmodelingofasingle-wheeledmobilerobotbasedonafuzzycontroller.JournalofIntelligentRoboticSystems,95(3),859-872.