球形機器人運動分析及控制研究.pdf

1、球形機器人是一種利用球體外殼滾動來實現(xiàn)自身運動的移動機器人，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、運動全向性等特點，在民用及軍事領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。本文主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)和動力學(xué)分析、機電控制設(shè)計、反饋控制系統(tǒng)研究四個部分對球形機器人加以研究。
　　 球形機器人結(jié)構(gòu)多式多樣，運動原理是通過改變配重重心的位置實現(xiàn)球體沿任意方向滾動。本文在總結(jié)了現(xiàn)有的球形機器人結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了新的雙驅(qū)動球形機器人結(jié)構(gòu)方案，其主要動力源為驅(qū)動步進電動機和轉(zhuǎn)彎步進電

2、動機。為了研究球形機器人的運動性能，本文首先建立了運動學(xué)和動力學(xué)方程，理論分析了球形機器人的運動狀態(tài)；然后基于ADAMS虛擬樣機軟件建立了仿真模型，通過仿真得到球形機器人的狀態(tài)變量變化曲線，并與理論值進行了對比。同時分析了擺長、擺速、配重等因素對球體速度的影響，總結(jié)出影響球體運動狀態(tài)的主要因素；最后研究了球形機器人拐彎、越障及爬坡性能。
　　 機電控制是球形機器人控制的核心部分，決定了球形機器人功能的實現(xiàn)和功能的優(yōu)劣，主要包括球

3、形機器人運動控制系統(tǒng)的軟、硬件實現(xiàn)。球形機器人與PC機控制器之間的通信、電池電量檢測及步進電動機控制是整個控制部分最主要的組成部分。根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速與球體滾動角速度及擺桿擺速之間的關(guān)系建立了球形機器人閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過反饋控制使球形機器人運動姿態(tài)相對穩(wěn)定，并利用ADAMS/control模塊和MATLAB/Simulink對系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真。
　　 通過本文研究，為球形機器人發(fā)展奠定了較好的基礎(chǔ)，為球形機器人的更深層次的探索提供了