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两轮自平衡机器人是轮式移动机器人中重要的一类仿生系统。而桌面型两轮机器人不仅在体积、成本上具备优势，而且它可以实现在大型两轮机器人上无法实现的控制算法，具有广泛的应用前景。同时在此基础上可以进一步研究它的运动规划问题。因此研究桌面两轮机器人的问题成为了研究两轮机器人技术的重要问题之一。
本文构建桌面型两轮机器人的物理系统，提出了基于有限状态自动机(Finite State Automata, FSA)的机器人舞步运动规划，研究了两轮机器人的数学模型和平衡控制策略，并在仿真环境下做出了相应的仿真实验，取得的研究成果有：
首先，本文构建了桌面自平衡机器人物理实验平台。本文总结了国内外相关的两轮自平衡机器人实际物理系统，并结合小型化机器人设计的经验，构建了桌面两轮自平衡机器人物理系统。包括机械结构设计，电气结构设计以及软件结构设计。并将各个部分进行整合，构建成了一个自动控制系统。系统设计基于模块化设计，大大降低了系统的复杂度，提高了系统质量，并且具有较强的可扩展性。
其次，对桌面型两轮机器人进行建模并对其进行平衡控制。本文根据牛顿经典力学针对桌面型两轮机器人建立了数学模型，并对模型进行了线性化，分析其能控性，能观性。采用LQR和增量式PID控制算法对机器人进行控制。首先进行仿真实验，在得到参数后，对机器人的实际物理系统进行控制，取得良好的控制效果。实验结果表明桌面自平衡机器人的物理系统、数学建模以及相应的控制策略设计的合理性、可行性以及有效性。
最后，本文提出了基于有限状态自动机的机器人舞步运动规划方法。本文基于两轮机器人的基本运动方式，提出机器人完成简单舞步动作的运动规划，将有限状态自动机作为句法分析器，用它来描述桌面型两轮机器人运动规划的方法。在有限状态自动M={T，Q,δ，q。，F}机中分别得出其中的每个元素：T为运动指令集合，即机器人所有的运动方向的符号集合；Q为机器人朝向状态集合，即每个节拍时刻机器人的车身朝向；δ为映射关系集合，由符号集合和状态集合组成的变化规则，用以实现机器人运动状态的转移。当两轮机器人做舞步动作时，通过运动方向和车身朝向之间的映射关系来描述机器人的运动规划。
本文的研究工作对于桌面型两轮机器人的设计、运动规划研究和平衡控制仿真实验方面具有一定的参考价值。