双轮驱动球形机器人的动力学建模与仿真

摘要

针对用于电缆通道环境监测的双轮驱动球形机器人,基于拉格朗日方程实现其动力学建模.通过驱动车轮的转角、球形机器人两自由度位置坐标、驱动车体的姿态角直观的计算出系统的动能和势能;考虑球形机器人位置坐标、驱动车体姿态角、球形机器人运动方向角和左右驱动车轮的转角的约束关系,选择左右驱动车轮的转角、球形机器人的移动距离、驱动车体的姿态角作为广义坐标;考虑驱动车轮和球壳、球壳与地面的摩擦得到系统的广义力和耗散能量,建立了能够描述双轮驱动球形机器人在二维水平面运动、驱动车体姿态的多体动力学.最后,在Matlab/Simulink环境中开展了模型的仿真分析,仿真结果表明所建模型的有效性.