1.4 球形機器人研究的核心問題

從國內外的研究現狀可以看出，球形機器人作為一種較新穎的機器人，與傳統的機器人相比具有結構簡單、控制容易、可實現全方位運動等特點。球形機器人的驅動方式分為外驅動和內驅動兩大類。

幾十年來，國內外的眾多研究者致力于內驅球形機器人的研究，提出了多種內驅球形機器人的驅動方案，這些驅動方案可歸納為改變質心驅動和基于角動量守恒定律驅動兩類。然而，已有的結構設計存在較多的不足，運動學建模和動力學建模的研究也較少，沒有建立起成熟的控制策略，有關球形機器人的研究還存在若干問題有待進一步研究和深入探討，具體包括以下幾個方面。

（1）新型驅動原理的研究。國內外球形機器人研究提出了多種球形機器人機構，驅動方式分別采用單輪、小車、沿輻條軸向運動的配重等，其中大部分機構不能真正實現球形機器人的全方位運動，控制也非常復雜。因此開發更為有效的新型球形機器人驅動原理十分重要。

（2）運動柔順性、穩定性的研究。包括對機構設計、內部構件運動學、動力學、行走方式、控制規律等方面進行研究。

（3）運動能力、行走特性的研究。包括對全方位行走、轉彎半徑、爬坡能力等方面進行詳細分析研究。

（4）球形機器人運動路徑規劃、避障能力的研究。主要是對球形機器人規劃路徑運動的精度以及在特殊的工作環境下的避障能力的研究。

（5）球形機器人仿真研究。由于球形機器人結構特殊、控制較復雜，難以實現所有方案的實驗驗證，因此，基于虛擬樣機對球形機器人的部分性能進行仿真實驗研究。

（6）球形機器人控制策略的研究。目前很多控制方面的問題有待優化和解決。

另外，球形機器人是一個自治系統，所需的能源必須由自身提供。機器人攜帶能源的多少決定著機器人的一次工作壽命。