1、變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人是兩車輪前后分布的自行車和兩車輪左右分布的Segway兩者相結(jié)合的產(chǎn)物，是兩輪車家族中的一名新成員。這種機器人可通過改變兩側(cè)車把轉(zhuǎn)角的大小，使系統(tǒng)工作于不同的工作模式以適應(yīng)不同的地形環(huán)境和任務(wù)要求。變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人的研究是一個系統(tǒng)工程，而平衡控制則是其中的基礎(chǔ)。本文主要針對系統(tǒng)在工作模式動態(tài)切換中涉及的一些平衡問題展開研究，主要完成如下工作：
　　(1)對變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人進行了運動學(xué)和動力學(xué)分析，根據(jù)車輪與地

2、面純滾動假設(shè)以及兩車輪質(zhì)心速度關(guān)系推導(dǎo)出系統(tǒng)的完整約束和非完整約束，采用查浦雷金方法建立系統(tǒng)的動力學(xué)模型?；谠撃Ｐ头治隽瞬糠譅顟B(tài)下車輪驅(qū)動力矩與車架俯仰角、車把轉(zhuǎn)角、車把轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系。
　　(2)設(shè)計并搭建了變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人的物理樣機，包括機械本體和測控系統(tǒng)平臺，其中，測控系統(tǒng)以工控機(IPC)和數(shù)字信號處理器(DSP)為控制核心，綜合慣性測量單元(IMU)、光電編碼器、電流傳感器獲取系統(tǒng)的狀態(tài)變量，采用ZigBee無線模塊

3、完成數(shù)據(jù)的上傳和控制指令的下達；采用VS2010、MATLAB GUI等開發(fā)工具完成了變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人上位機監(jiān)控程序的開發(fā)，為系統(tǒng)實驗操作分析設(shè)計了一個方便簡潔的人機交互界面。
　　(3)針對在同步轉(zhuǎn)動車把情況下進行模式切換的特殊情形，對系統(tǒng)力學(xué)模型進行降維，得到固定車把下的力學(xué)模型；基于部分反饋線性化方法設(shè)計變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人固定車把為0?、?45?時的定車運動平衡控制器，對固定車把下的定車平衡運動控制進行了數(shù)值仿真和物理樣機

4、實驗研究，實現(xiàn)了幾組固定角度下的定車平衡運動控制。
　　(4)對車把在一定范圍內(nèi)擺動的原地模式切換問題進行了研究，基于部分反饋線性化方法設(shè)計變結(jié)構(gòu)兩輪車機器人模式切換運動的平衡控制器，并引入模糊方法對控制器的參數(shù)進行在線整定提高系統(tǒng)的魯棒性；對系統(tǒng)進行了數(shù)值仿真和物理樣機實驗研究，實現(xiàn)了車把擺動情況下的原地模式切換運動控制。
　　(5)對車把在一定范圍內(nèi)擺動的行進中模式切換問題進行了研究，在原地模式切換基礎(chǔ)上，調(diào)整車架俯仰角