一種球形機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析和軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、球形機(jī)器人是一種具有球形外殼并以滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主要運(yùn)動(dòng)方式的新型智能機(jī)器人。由于球形機(jī)器人具有的外殼和運(yùn)動(dòng)形式的特殊性，使其與我們熟知的輪式或軌道式以及類人機(jī)器人相比較，具有能在失穩(wěn)后獲得最大的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)全向滾動(dòng)，能夠更加靈活轉(zhuǎn)彎等諸多優(yōu)點(diǎn)?？偟目磥?lái)目前球形機(jī)器人的研究還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，出現(xiàn)了各種各樣的具有不同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的球形機(jī)器人，但是很少有人對(duì)其進(jìn)行深入的動(dòng)力學(xué)分析和研究，所以球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能分析和控制工作就不能深入地開(kāi)展。為

2、此，本論文對(duì)一種具有穩(wěn)定平臺(tái)的全向滾動(dòng)球形機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析和軌跡規(guī)劃方面的研究。 首先介紹了球形機(jī)器人的發(fā)展概況以及在目前球形機(jī)器人研究中遇到的主要問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。然后介紹了一種具有穩(wěn)定平臺(tái)的全向滾動(dòng)球形機(jī)器人裝置，該球形機(jī)器人由裝在球體內(nèi)部、呈空間對(duì)稱的四根輪輻上的四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)該球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及其所采用的步進(jìn)電機(jī)所具有的運(yùn)動(dòng)離散性的特點(diǎn)，通過(guò)尋找在球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中每一步四個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)合適的

3、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)組合，提出了一種驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)的軌跡規(guī)劃方法。并通過(guò)ADAMS軟件仿真驗(yàn)證了該軌跡規(guī)劃方法的可行性。為了進(jìn)一步研究球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能和動(dòng)態(tài)控制，對(duì)該球形機(jī)器人應(yīng)用Lagrange-routh方程分別建立了其在平面上以及斜面上的完整動(dòng)力學(xué)方程，給出了消去由系統(tǒng)受到的非完整約束所引入的Lagrange乘子的方法和步驟，并針對(duì)幾種典型的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析仿真，驗(yàn)證了該球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的正確性并對(duì)其進(jìn)行了爬坡性