全向輪驅(qū)動球形機器人的機構(gòu)分析與研究.pdf

1、球形機器人是一種具有球形外殼、以滾動方式行走的移動機器人。與其它移動機器人相比，球形機器人在機械結(jié)構(gòu)和運動機理方面的獨特優(yōu)勢使其在生活娛樂、工業(yè)和軍事等方面都具有廣泛的應(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)建模方法、運動仿真實驗分析和運動控制策略等方面對球形機器人展開研究。
　　在總結(jié)國內(nèi)外各種球形機器人結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種由全向輪實現(xiàn)驅(qū)動的新型球形機器人結(jié)構(gòu);該結(jié)構(gòu)主要是利用全向輪在兩個正交方向可同時滾動的特性，來驅(qū)動

2、球內(nèi)偏心質(zhì)量實現(xiàn)球形機器人的全方位運動。
　　首先，針對所設(shè)計的球形機器人的運動學(xué)特性，采用歐拉角對其在任意時刻的位姿描述進行了研究，建立了球形機器人的運動學(xué)方程，確定了球形機器人在運動平面上的位姿?；谂ｎD-歐拉方法和拉格朗日方法分別建立了球形機器人的動力學(xué)模型，應(yīng)用龍格-庫塔法對動力學(xué)方程進行了數(shù)值求解，得到了球形機器人狀態(tài)變量的變化曲線，為球形機器人的運動仿真分析和運動控制研究提供了理論依據(jù)。
　　接著研究了球形機器人

3、的運動規(guī)律，基于建立的全向輪驅(qū)動球形機器人的虛擬樣機模型，對球形機器人的直線運動、轉(zhuǎn)向運動、爬坡運動和越障性能進行了理論分析和仿真分析。通過理論分析和仿真分析的結(jié)果對比總結(jié)出了影響球形機器人運動狀態(tài)的主要因素。
　　基于建立的狀態(tài)空間模型，開展了球形機器人控制器設(shè)計方法和仿真分析方面的研究。利用現(xiàn)代控制理論中的極點配置算法、線性二次型最優(yōu)控制算法分別設(shè)計了全向輪驅(qū)動球形機器人系統(tǒng)控制器并進行計算機仿真分析，仿真結(jié)果實現(xiàn)了對球形機器