MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN CẤP CHO ROBOT HAI CHÂN GẮN BÁNH XE SỬ DỤNG LQR VÀ PID

Tóm tắt

Nghiên cứu này trình bày việc mô hình hóa và mô phỏng điều khiển phân cấp cho robot hai chân gắn bánh xe (WBR). Hệ thống được mô hình hóa như một con lắc ngược có bánh với động lực học phụ thuộc cấu hình. Một cấu trúc điều khiển phân cấp được xây dựng, trong đó LQR được sử dụng để ổn định cân bằng, trong khi các bộ điều khiển PID điều chỉnh chiều dài chân ảo, góc roll và góc yaw. Ngoài ra, Virtual Model Control được sử dụng để ánh xạ lực trong không gian nhiệm vụ sang mô-men khớp. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất giúp hệ duy trì ổn định trên địa hình thay đổi, bám sát vận tốc mong muốn và điều khiển hiệu quả các góc nghiêng của thân xe cũng như góc yaw.

Title

MODELING AND SIMULATION OF HIERARCHICAL CONTROL FOR A WHEELED-BIPEDAL ROBOT USING LQR AND PID

Abstract

This study presents the modeling and hierarchical control simulation of a wheeled-bipedal robot (WBR). The system is modeled as a wheel-based inverted pendulum with configuration- dependent dynamics. A hierarchical control structure is developed, in which LQR is employed for balance stabilization, while PID controllers regulate the virtual leg length, roll, and yaw motions. In addition, Virtual Model Control is used to map task-space forces into joint torques. Simulation results demonstrate that the proposed approach maintains system stability under varying terrain conditions, ensures accurate tracking of desired velocity, and effectively regulates body inclination and yaw angle.