一種新型球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、球形機(jī)器人是一種新型的外殼為球形的機(jī)器人,其運(yùn)動(dòng)方式以滾動(dòng)為主。該類機(jī)器人依靠球殼內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)行走,具有很強(qiáng)的姿態(tài)恢復(fù)能力,同時(shí)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、耗能低等優(yōu)點(diǎn)。因此,球形機(jī)器人在軍事、工業(yè)和民用上都有著很廣泛的應(yīng)用前景,受到國(guó)內(nèi)外越來越多專家和學(xué)者的關(guān)注。
　　 總體看來,現(xiàn)有的球形機(jī)器人方案各有千秋,但大多存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程實(shí)現(xiàn)較難、實(shí)用性較低的不足。特別是,有些驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理復(fù)雜,加大了運(yùn)動(dòng)控制難度；不能在球殼外搭載附

2、件,限制了機(jī)械執(zhí)行裝置的有效使用:未能提供穩(wěn)定平臺(tái)用于搭載各種儀器設(shè)備,降低了球形機(jī)器人的實(shí)用性。上述問題在很大程度上限制了球形機(jī)器人的推廣與應(yīng)用。
　　 本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化球形機(jī)器人,已獲得國(guó)家發(fā)明專利(專利號(hào)ZL200810020280.7)。該全方位運(yùn)動(dòng)球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng),具備環(huán)境和姿態(tài)感知能力,可在球殼外搭載附件,并提供了穩(wěn)定平臺(tái),克服了現(xiàn)有方案的不足。
　　 球形機(jī)器人是一種典型的非完整系統(tǒng),本文

3、根據(jù)其在平面作純滾動(dòng)時(shí)所受的非完整約束,建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；運(yùn)用Lagrange-Routh方程推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化球形機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型,利用Simulink進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析。同時(shí),本文進(jìn)行了整體機(jī)械設(shè)計(jì),參與了球形機(jī)器人整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)過程,包括基于TMS320F2812的本體控制系統(tǒng)和基于CC2430的無線測(cè)控系統(tǒng),編寫程序調(diào)通電路中各個(gè)模塊,并設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)前后臺(tái)方式下的控制程序。
　　 通過移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μ

4、C/OS-Ⅱ至本體控制芯片TMS320F2812中,設(shè)計(jì)應(yīng)用任務(wù),實(shí)現(xiàn)了由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度各個(gè)應(yīng)用任務(wù),使得系統(tǒng)具備了更好的實(shí)時(shí)性,而且軟件具備更高的質(zhì)量,后期維護(hù)和擴(kuò)充功能更加方便。為了便于人機(jī)交互,本文利用C++Builder設(shè)計(jì)了基于串口通信的上位機(jī)測(cè)控軟件,制定串口通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化球形機(jī)器人的控制。
　　 最后,本文完成了機(jī)器人的裝配工作,并針對(duì)整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化球形機(jī)器人能夠進(jìn)