一種新型球形機器人的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、球形機器人是一種新型的外殼為球形的機器人,其運動方式以滾動為主。該類機器人依靠球殼內(nèi)部的驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)滾動行走,具有很強的姿態(tài)恢復(fù)能力,同時具有機動性強、耗能低等優(yōu)點。因此,球形機器人在軍事、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)有的球形機器人方案各有千秋,但大多存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程實現(xiàn)較難、實用性較低的不足。特別是,有些驅(qū)動機構(gòu)原理復(fù)雜,加大了運動控制難度；不能在球殼外搭載附

2、件,限制了機械執(zhí)行裝置的有效使用:未能提供穩(wěn)定平臺用于搭載各種儀器設(shè)備,降低了球形機器人的實用性。上述問題在很大程度上限制了球形機器人的推廣與應(yīng)用。
　　 本文設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡化球形機器人,已獲得國家發(fā)明專利(專利號ZL200810020280.7)。該全方位運動球形機器人結(jié)構(gòu)簡單、實用性強,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,克服了現(xiàn)有方案的不足。
　　 球形機器人是一種典型的非完整系統(tǒng),本文

3、根據(jù)其在平面作純滾動時所受的非完整約束,建立運動學(xué)模型；運用Lagrange-Routh方程推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)簡化球形機器人的動力學(xué)模型,利用Simulink進行了動力學(xué)仿真分析。同時,本文進行了整體機械設(shè)計,參與了球形機器人整個控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計過程,包括基于TMS320F2812的本體控制系統(tǒng)和基于CC2430的無線測控系統(tǒng),編寫程序調(diào)通電路中各個模塊,并設(shè)計了控制系統(tǒng)前后臺方式下的控制程序。
　　 通過移植嵌入式實時操作系統(tǒng)μ

4、C/OS-Ⅱ至本體控制芯片TMS320F2812中,設(shè)計應(yīng)用任務(wù),實現(xiàn)了由操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度各個應(yīng)用任務(wù),使得系統(tǒng)具備了更好的實時性,而且軟件具備更高的質(zhì)量,后期維護和擴充功能更加方便。為了便于人機交互,本文利用C++Builder設(shè)計了基于串口通信的上位機測控軟件,制定串口通信協(xié)議,實現(xiàn)了上位機對結(jié)構(gòu)簡化球形機器人的控制。
　　 最后,本文完成了機器人的裝配工作,并針對整個機器人系統(tǒng)進行實驗,實驗結(jié)果表明結(jié)構(gòu)簡化球形機器人能夠進