設(shè)計(jì)全向滾動(dòng)球形機(jī)器人的內(nèi)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析與軌跡規(guī)劃

　　設(shè)計(jì)了一種全向滾動(dòng)球形機(jī)器人的內(nèi)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，4 臺(tái)直線電機(jī)分別在4 個(gè)空間對(duì)稱的輪輻上徑向移動(dòng)，改變系統(tǒng)重心位置，驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人在平面上全向滾動(dòng)。 基于球體純滾動(dòng)的非完整約束和步進(jìn)直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)的離散特性，建立了球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型，給出了控制其運(yùn)動(dòng)的二階微分方程組，進(jìn)而提出了該球形機(jī)器人的軌跡規(guī)劃算法。 結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析和軌跡規(guī)劃仿真，表明這種運(yùn)動(dòng)分析模型是正確的，并且簡(jiǎn)化了球形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，降低了能耗。

　　球形機(jī)器人是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式的突破，所有零部件都封裝在一個(gè)球殼內(nèi)，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)，造型新穎別致，行動(dòng)靈活，可以實(shí)現(xiàn)原地自旋和滾動(dòng)，是目前智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

　　目前，球形機(jī)器人研究的焦點(diǎn)集中在推進(jìn)器裝置和控制策略兩個(gè)方面。 在推進(jìn)器裝置方面有單輪驅(qū)動(dòng)、小車驅(qū)動(dòng)、萬(wàn)向輪驅(qū)動(dòng)、電機(jī)定子反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和配重體驅(qū)動(dòng)。這些驅(qū)動(dòng)方式各有特色，實(shí)現(xiàn)了球體的滾動(dòng)。 但是，這些方案沒(méi)有在球體內(nèi)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)，球殼內(nèi)的所有部件隨著球體一起滾動(dòng)，無(wú)法作為移動(dòng)式機(jī)器的搭載平臺(tái)。 為此，基于角動(dòng)量守恒原理設(shè)計(jì)了一種具有穩(wěn)定平臺(tái)可全向滾動(dòng)的球形機(jī)器人裝置，第一次在球形機(jī)器人內(nèi)部為各種儀器或設(shè)備提供了一個(gè)穩(wěn)定的搭載平臺(tái)該裝置中球形機(jī)器人的滾動(dòng)和轉(zhuǎn)向依賴于飛輪的高速旋轉(zhuǎn)，因此能耗較大，結(jié)構(gòu)精度要求較高。

　　筆者基于動(dòng)量矩定理設(shè)計(jì)了一種具有穩(wěn)定平臺(tái)可全向滾動(dòng)的新型球形機(jī)器人裝置，并研究了其運(yùn)動(dòng)分析與軌跡規(guī)劃技術(shù)。 該設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了球形機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗小，定位性和復(fù)位性好，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制且控制簡(jiǎn)單.
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