文档介绍：摘要球形机器人是一种新型的智能机器人，其特殊的运动方式，不怕翻倒，在失稳后也可以获得很大的稳定性。本文所研究的球形机器人已经具有了内部稳定平台，可以实现全向滚动，本文主要对该球形机器人进行运动规划和控制方面的研究。首先介绍了球形机器人的发展状况，在了解前人研究领域的基础上，应用微分几何控制理论，对此角动量守恒的球形机器人的非完整性和非线性可控性进行了然后，对一种基于微分几何控制理论的分段定常控制的运动规划方法进行了优化，并应用到避障研究中。先运用连续正弦控制来等效取代基于微分几何控制理论得出的段定常控制，来实现球形机器人的运动规划。考虑到该球形机器人的结构特点，将位置的粗调和位形的精调相结合，提出了一种优化的三段式运动规划策略，在仿真中可以看出其功耗较低。最后将该方法应用到环境己知的避障规划研究中，实例仿真结果证明了本方法的有效性。基于运动规划得出的控制输入，就可以实现球形机器人的运动控制。本文对球形机器人主要的软硬件进行了设计。运用核的砥魃杓屏饲蛐机器人的硬件系统原理图；结合疧甀度胧绞凳辈僮飨低常嘀屏讼挛换件；详细描述了球形机器人监控软件的系统设计，并运用嘀屏讼嘤Φ软件。最后，对球形机器人电机的转速控制进行了研究，应用刂平兄绷电机的转速控制，并将模糊算法应用到问哉ǖ敝校ü齃和鴏的混合编程，完成了球形机器人的模糊问哉ㄏ低橙砑隽相关的运行仿真结果。关键词：球形机器人运动规划畉疧：齈研究。
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轮式机器人所不具有的一大优势一不怕翻倒。这使它对于管道中的突发情况具第一章绪论球形机器人的发展和应用概况机器人的定义有很多种，我国科学家对机器人的一种定义为：机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。本文研究的球形机器人是一种具有球形外壳的新型智能机器人，其所有通信设备、驱动装置、检测装置等都被布置于球形外壳的内部。最大的特点是其特殊运动方式，球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性，因此不怕翻倒，并且能在两个方向上而不是像轮子那样只能在一个方向上滚动。同时，球形机器人造型新颖别致，行动灵活，几乎没有死角，转弯半径也很小，可以轻易的实现角度转弯，球形的外壳也能使机器人轻易滚过粗糙的地形。因而，该类型机器人具有广泛的生活、工业、军事等应用前景，倍受科技人员关注，是目前智能机器人研究领域的热点问题之一。在生活应用方面，现在各种智能家电正逐步进入普通家庭之中，球形机器人外形新颖，运动方式特殊，不怕翻倒，不会勾挂到其他东西，转弯灵活，适合在家庭这种特殊而复杂的环境下工作。可以作为电子管家来对数字家电进行控制，也可以作为电子宠物供人们娱乐缈梢源钤豈播放器等娱乐设备俏来家庭中一个非常得力的好帮手。球形机器人还可以应用于公寓的保安和巡逻工作。特别是由于这种机器人具有不怕翻倒的特点，因此可以轻松应付各种突发情况，发现入侵者或事故火灾等发出警报，对外界的影响小，同时也不容易受到外界的干扰。在工业应用方面，球形机器人由于其外形的特殊性，是特殊环境下进行探索的很好的仪器搭载平台。由于它的外形和运动方式很特殊，所有的仪器、部件都装载在一个球状外壳内部，所以很方便地搭载一些比较娇贵的传感器或测量仪器，而且对于那些需要活动的仪器或传感器还有很大的移动空间蛭T谇蚩悄谒受外界干扰很小Ｌ乇鹗屎洗钤厣阆窕扔跋窕袢∽爸谩Ｒ蚨浅Ｊ屎显谔厥情况下进行对管道、沟渠等环境的探索工作。尤其是在管道中，球形机器人具有有很好的应变能力。当球形机器人的直径足够大时，完全可以作为一种特殊的车辆使用，比如可作为游人的运载工具在柔软的土壤、沙地、雪地或冰面上旅游。在航空军事应用方面，球形机器人可以搭载用于不同目的的侦察装置深入敌后进行侦查，由于其体积小，经过伪装后不容易被敌方发现。如果用其搭载武器，
球形机器人研究概况也可完成各种战斗或检测任务。美国新墨西哥冶金技术研究所的佩内洛普·波士顿博士和麻省理工学院的斯蒂芬·杜伯斯基博士目前正在研制一批只有网球大小的球形机器人。如图所示，这些采用弹跳方式运动的球形机器人肫胀ǖ墓龆球形机器人不同ū挥美刺讲馓粝抵械钠渌行恰＝现坝缕焙藕汀盎觥焙耪样的火星车，目前仍处于研制阶段的球形机器人将能够更为容易地抵达那些地形复杂的区域。综上所述，球形机器人作为一种新型的智能机器人，目前无论在国内还是在国外都是一个新的研究方向，由于它的种种优势，无论是在工业上还是在民用上都将担任必不可少的重要角色。对于球形机器人的研究，在国内对这种新型的智能机器人进行深入研究的学者比较少，主要是近十年来国外一些学者，对此进行的探索性研究。年，设计出了第一种球形机器人。他们设了一个驱动轮，由电机驱动驱动轮在球壳内滚动，通过改变系统的