一種球形機器人的動力學分析和軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、球形機器人是一種具有球形外殼并以滾動運動為主要運動方式的新型智能機器人。由于球形機器人具有的外殼和運動形式的特殊性，使其與我們熟知的輪式或軌道式以及類人機器人相比較，具有能在失穩(wěn)后獲得最大的穩(wěn)定性，可以實現(xiàn)全向滾動，能夠更加靈活轉彎等諸多優(yōu)點?？偟目磥砟壳扒蛐螜C器人的研究還處于實驗研究階段，出現(xiàn)了各種各樣的具有不同驅動機構的球形機器人，但是很少有人對其進行深入的動力學分析和研究，所以球形機器人的運動性能分析和控制工作就不能深入地開展。為

2、此，本論文對一種具有穩(wěn)定平臺的全向滾動球形機器人進行了動力學分析和軌跡規(guī)劃方面的研究。 首先介紹了球形機器人的發(fā)展概況以及在目前球形機器人研究中遇到的主要問題和未來的發(fā)展趨勢。然后介紹了一種具有穩(wěn)定平臺的全向滾動球形機器人裝置，該球形機器人由裝在球體內部、呈空間對稱的四根輪輻上的四臺步進電機驅動。根據(jù)該球形機器人的結構、運動學模型及其所采用的步進電機所具有的運動離散性的特點，通過尋找在球形機器人運動過程中每一步四個驅動電機合適的

3、運動狀態(tài)組合，提出了一種驅動球形機器人運動到目標點的軌跡規(guī)劃方法。并通過ADAMS軟件仿真驗證了該軌跡規(guī)劃方法的可行性。為了進一步研究球形機器人的運動性能和動態(tài)控制，對該球形機器人應用Lagrange-routh方程分別建立了其在平面上以及斜面上的完整動力學方程，給出了消去由系統(tǒng)受到的非完整約束所引入的Lagrange乘子的方法和步驟，并針對幾種典型的運動情況對其進行了運動分析仿真，驗證了該球形機器人動力學模型的正確性并對其進行了爬坡性