一种全向滚动球形机器人的运动分析与轨迹规划

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1、!""*年!月西安电子科技大学学报（自然科学版）I8H,!""*!!第’%卷!第&期!"#$%&’!"(!)*+*&%!#%*,-$.*/0S45,’%!T4,&一种全向滚动球形机器人的运动分析与轨迹规划李团结!张学锋!陈永琴!西安电子科技大学机电工程学院"陕西西安!*&""*&#摘要!设计了一种全向滚动球形机器人的内驱动机构!%台直线电机分别在%个空间对称的轮辐上径向移动!改变系统重心位置!驱动球形机器人在平面上全向滚动,基于球体纯滚动的非完整约束和步进直线电机运动的离散特性!建立了球形机器人的运动模型!给出了控制其运动的二阶微分方程组!进而提出了该球形机器人的轨迹规划算

2、法,结合实例进行了运动分析和轨迹规划仿真!表明这种运动分析模型是正确的!并且简化了球形机器人的驱动装置!降低了能耗,关键词!球形机器人"全向滚动"运动分析"轨迹规划"虚拟样机中图分类号!-.!%!!!文献标识码!/!!文章编号!&""&$!%"""!""*#"&$""!+$"0!"#$"%&%&’()$)&%*#+&,-.#"+(/’&%%$%0"1&)/2-+$.&’"3%$*$+-.#$"%&’+"’’$%0+"4"#!"#$%&’()*$+,-./0$*’1*&2$3,4.56&2’7)&!1234454678239:4$8582;<4:=2(:>=:88<=:>$?

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6、原地自旋和滚动$是目前智能机器人研究领域的热点问题之一,目前$球形机器人研究的焦点集中在推进器装置和控制策略两个方面,在推进器装置方面有单轮驱&&’&!’&’’&%’&0$#’动(小车驱动(万向轮驱动(电机定子反转驱动和配重体驱动,这些驱动方式各有特色$实现了球体的滚动,但是$这些方案没有在球体内提供一个相对稳定的平台$球壳内的所有部件随着球体一起滚动$无法作为移动式机器的搭载平台,为此$文&*’基于角动量守恒原理设计了一种具有稳定平台可全向滚动的球&R’形机器人装置$第一次在球形机器人内部为各种仪器或设备提供了一个稳定的搭载平台,该装置中球形机器人的滚动和转向依赖于飞轮的

7、高速旋转$因此能耗较大$结构精度要求较高,笔者基于动量矩定理设计了一种具有稳定平台可全向滚动的新型球形机器人装置$并研究了其运动分析与轨迹规划技术,该设计简化了球形机器人的驱动装置$结构简单$能耗小$定位性和复位性好$易于实现连续控制且控制简单,收稿日期!!""#$"%$&’基金项目!陕西省自然科学基金资助项目!!""’(’%"#西安市工业科技攻关项目!))"%"’*"作者简介!李团结!&+*!$"$男$教授$博士,!’!"!!!!!!!!!!!!!!!!西安电子科技大学学报!自然科学版"!!!!!!!!!!!!!