双摆幅全向运动球形移动机器人的研究

摘要

伴随着人类对探索未知领域的不断拓展以及过程的持续加深，在某些恶劣环境中，我们周围通常见到的轮式、履带式和足式机器人很难发挥作用。具备球形外壳且运动灵活的球形机器人可以在某些无需人工干预的恶劣环境(如外星球、野外等)下发挥其作用。球形机器人作为一种新颖的机器人，应用范围逐渐扩大，例如工业、民用、国防和空间探测等领域。
　　本文总结当前球形机器人研究现状，研究了一种新型球形机器人—双摆幅全向运动球形移动机器人的研究课题。本论文主要研究工作如下：
　　首先，在分析球形机器人和传统的轮式、履带式和足式机器人优缺点的基础上，阐述了本课题的来源和研究意义，并对国内外球形机器人的现状及运动学和动力学研究概况进行分析，概括说明了本文所要研究的主要内容。
　　其次，通过对双摆幅全向运动球形移动机器人原理的分析，确定了设计目标，综合两种常见的内驱动形式，确定了双摆幅全向运动球形移动机器人的设计方案、实施方案和初步控制方案。再此基础上分析了机器人运动原理，并通过Inventor对机器人进行了总体的设计工作。
　　再次，对双摆幅全向运动球形移动机器人运动学和动力学分析。分析其运动特性，然后，建立了机器人的运动模型及动力学模型，并讨论了非完整系统动力学建模的主要方法。应用MATLAB/Simulink分析机器人的动力学方程，用ADAMS/View联合仿真，验证方程是正确的。虚拟样机分析，在介绍机器人仿真原理的基础上，在ADAMS/View中分别建模，进行动力学运动仿真，从仿真结果看出对它的直线、转弯、爬坡等运动的原理分析是正确的。
　　最后，分析了机器人运动的轨迹规划。在阐述规划概念及作用、问题分解途径及方法的基础上，分别研究了几种路径规划控制算法。