全向輪驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的機(jī)構(gòu)分析與研究.pdf

1、球形機(jī)器人是一種具有球形外殼、以滾動(dòng)方式行走的移動(dòng)機(jī)器人。與其它移動(dòng)機(jī)器人相比，球形機(jī)器人在機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)機(jī)理方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其在生活?yuàn)蕵?、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(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模方法、運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)分析和運(yùn)動(dòng)控制策略等方面對(duì)球形機(jī)器人展開研究。
　　在總結(jié)國內(nèi)外各種球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種由全向輪實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的新型球形機(jī)器人結(jié)構(gòu);該結(jié)構(gòu)主要是利用全向輪在兩個(gè)正交方向可同時(shí)滾動(dòng)的特性，來驅(qū)動(dòng)

2、球內(nèi)偏心質(zhì)量實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的全方位運(yùn)動(dòng)。
　　首先，針對(duì)所設(shè)計(jì)的球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，采用歐拉角對(duì)其在任意時(shí)刻的位姿描述進(jìn)行了研究，建立了球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，確定了球形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)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(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用龍格-庫塔法對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了數(shù)值求解，得到了球形機(jī)器人狀態(tài)變量的變化曲線，為球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真分析和運(yùn)動(dòng)控制研究提供了理論依據(jù)。
　　接著研究了球形機(jī)器人

3、的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基于建立的全向輪驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型，對(duì)球形機(jī)器人的直線運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)、爬坡運(yùn)動(dòng)和越障性能進(jìn)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(duì)比總結(jié)出了影響球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(jī)器人控制器設(shè)計(jì)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(diǎn)配置算法、線性二次型最優(yōu)控制算法分別設(shè)計(jì)了全向輪驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人系統(tǒng)控制器并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，仿真結(jié)果實(shí)現(xiàn)了對(duì)球形機(jī)器