1.5.1 本書研究內容和技術路線

本書在對國外已有球形機器人結構分析的基礎上，研究開發若干新型球形機器人驅動方式，并對這些球形機器人的運動性能、機構合理性、控制方便性和可行性等進行綜合分析，為球形機器人的運動學、動力學分析及其樣機的設計奠定基礎，具體包括以下幾個方面。

（1）新型驅動原理的構建。提出若干“新型球形機器人”驅動方案，并對新型球形機器人的滾動條件、越障能力、爬坡能力、滑動條件、轉彎特性等進行靜力學分析，以評價其主要性能指標。

（2）球形機器人運動學和動力學分析。利用分析力學、非線性數學及非完整系統理論，對球體在水平面上的運動進行運動學分析，推導其無滑動的滾動運動的約束方程；以歐拉角為廣義坐標，建立球形機器人的拉格朗日動力學方程，為球形機器人控制策略的設計、實現奠定理論基礎。

（3）控制策略研究?；凇胺蔷€性滑?？刂啤钡难芯糠椒?，對欠驅動的球形機器人的運動控制問題進行深入研究，并分別設計橫向姿態控制器和縱向速度控制器，建立其運動學和動力學的滑模控制策略，并對所建立的控制策略進行仿真、實驗研究。

（4）控制平臺的設計及實現。根據球形機器人的功能要求，采用步進電機、直流伺服電機作為驅動元件，完成控制系統的硬件設計，搭建球形機器人內部控制系統平臺。

（5）路徑規劃的研究。基于三次樣條插值原理，采用光電探測方法，對球形機器人軌跡跟蹤的控制策略進行了理論分析和實驗研究。

（6）樣機研制和實驗研究。研制球形機器人的實體樣機，并分別進行直線行走、圓弧運動和爬坡能力實驗研究，以驗證動力學模型和控制策略的有效性和準確性。

（7）基于ADAMS的仿真研究?；贏DAMS虛擬樣機技術，對球形機器人的性能進行仿真研究，以進一步驗證驅動原理、結構設計及控制策略的正確性。