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| 內容簡介： |
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本书对目前球形机器人的研究现状进行了归纳、分析，对球形机器人的驱动原理、力学模型、控制策略等进行了深入的研究，设计了三种新型全方位运动球形机器人，即电磁驱动球形机器人、流体驱动球形机器人和离合式半球差动球形机器人，对其滚动条件、越障能力、爬坡能力、滑动条件、转弯特性等进行了简要的静力学分析研究；建立了球形机器人的运动学方程，推导出其无滑动的滚动运动的约束方程；分别在球形机器人运动学方程和动力学方程的基础上，合理选择了系统的滑模切面函数、建立了运动学和动力学的“滑模控制”策略，并在MATLAB-Simulink 的环境下，对所建立的控制策略进行了仿真实验研究；搭建了球形机器人的内部控制系统平台，对球形机器人轨迹跟踪的控制策略进行了理论分析和实验研究；同时，基于ADAMS虚拟样机技术，对球形机器人的性能进行了仿真实验研究，以进一步验证本书结构设计及控制策略的正确性。
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| 關於作者： |
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桑胜举，男，泰山学院副教授，曾或泰山学院优秀科研成果1、2、3等奖各一次，任中国图学学会高级会员，山东省科协科技思想库决策专家，山东省计算机学会理事，泰安市科技咨询协会常务理事。
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| 目錄：
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第1章 绪论11.1 研究背景11.2 球形机器人特点及应用21.3 国内外球形机器人研究现状31.3.1 外驱球形机器人41.3.2 内驱球形机器人61.4 球形机器人研究的核心问题151.5 研究内容和技术路线161.5.1 本书研究内容和技术路线161.5.2 研究内容安排17第2章 球形机器人电磁驱动原理及性能研究192.1 内驱球形机器人的原理及分类192.2 球形机器人的设计原则202.3 电磁驱动球形机器人驱动原理及结构设计212.3.1 单电磁线圈驱动球形机器人方案设计212.3.2 双电磁线圈驱动球形机器人方案设计232.4 电磁驱动球形机器人运动性能分析252.4.1 球形机器人各部件质量252.4.2 球形机器人滚动条件262.4.3 球形机器人的加速度292.4.4 球形机器人越障能力分析302.4.5 球形机器人爬坡能力分析322.5 球形机器人滑动现象分析342.5.1 球形机器人在平面运动的滑动条件342.5.2 球形机器人在斜坡面上运动的滑动条件352.6 球形机器人转弯性能分析382.7 本章小结40第3章 球形机器人流体驱动原理及性能研究423.1 流体驱动球形机器人驱动原理及结构设计423.1.1 流体驱动球形机器人整体方案设计423.1.2 流体驱动球形机器人转弯机构433.1.3 轴流装置443.2 流体环参数计算463.2.1 流体环质量463.2.2 流体环转动惯量473.2.3 等效摆长度483.3 流体驱动球形机器人运动性能分析493.3.1 流体驱动球形机器人各部件参数493.3.2 流体驱动球形机器人的滚动条件503.3.3 流体驱动球形机器人的加速度513.3.4 流体驱动球形机器人越障能力分析523.3.5 流体驱动球形机器人爬坡能力分析533.4 流体驱动球形机器人其他参数分析、计算543.5 本章小结56第4章 离合式半球差动球形机器人的设计与分析584.1 离合式半球差动电磁驱动球形机器人方案设计584.1.1 离合式半球差动电磁驱动球形机器人整体方案设计584.1.2 电磁驱动部件设计604.1.3 离合部件设计624.1.4 离合原理及实现634.1.5 离合式半球差动电磁驱动球形机器人特点674.2 离合式半球差动流体驱动球形机器人方案简介674.3 离合式半球差动球形机器人运动性能分析694.3.1 离合式半球差动球形机器人各部件参数694.3.2 离合式半球差动球形机器人的滚动条件704.3.3 离合式半球差动球形机器人的加速度724.3.4 离合式半球差动球形机器人越障及爬坡能力744.4 离合式半球差动球形机器人的滑动现象研究744.5 离合式半球差动球形机器人的转弯半径分析774.6 本章小结79第5章 球形机器人运动学、动力学分析815.1 球形机器人运动学、动力学分析现状815.2 运动学、动力学相关理论835.2.1 非完整约束系统835.2.2 动力学普遍方程845.2.3 欧拉角与坐标变换855.3 球形机器人运动学方程的建立865.4 球形机器人动力学方程的广义欧拉角描述895.4.1 球形机器人位姿参数的广义欧拉角描述895.4.2 球形机器人动力学方程的广义欧拉角描述905.5 球形机器人直行与转弯的分离研究915.5.1 球形机器人直线行走动力学方程925.5.2 球形机器人爬坡运动的动力学方程945.5.3 球形机器人转弯运动的动力学方程955.5.4 球形机器人转弯半径的探讨965.6 本章小结100第6章 球形机器人控制策略的研究1016.1 球形机器人控制策略研究现状1016.2 滑模变结构控制原理1026.2.1 滑模变结构控制定义1026.2.2 滑模变结构控制器设计步骤1046.2.3 滑模变结构控制器的抖振现象分析1056.3 基于球形机器人运动学模型的反演控制策略1066.3.1 趋近律方法1076.3.2 反演设计方法1086.3.3 球形机器人轨迹跟踪的位姿误差1096.3.4 球形机器人运动控制策略切换函数的设计1116.3.5 球形机器人运动控制策略滑模控制器的设计1126.3.6 基于球形机器人的运动学模型的“滑模控制”策略仿真1136.4 基于球形机器人动力学模型的“滑模控制”策略仿真1166.4.1 球形机器人动力学模型的近似线性化1166.4.2 球形机器人动力学模型纵向滑模控制器的设计1176.4.3 球形机器人动力学模型横向滑模控制器的设计1186.4.4 符号函数的连续化1206.4.5 球形机器人动力学“滑模控制”仿真1216.5 本章小结122第7章 球形机器人控制系统设计及轨迹跟踪研究1237.1 球形机器人控制系统及轨迹跟踪研究现状1237.1.1 球形机器人控制系统的研究现状1237.1.2 球形机器人避障及路径规划研究现状1247.2 球形机器人控制系统组成1257.3 球形机器人主控模块的结构原理1277.4 球形机器人直行控制模块的设计1297.4.1 步进电机的选择1297.4.2 步进电机驱动原理1307.5 球形机器人转向控制模块的设计1337.5.1 球形机器人转向电机及驱动控制1337.5.2 球形机器人飞轮转速的测量原理1367.5.3 飞轮转速的测算方法与误差分析1377.6 球形机器人转向角度测量控制模块的设计1397.7 球形机器人光电寻迹模块的设计1407.7.1 飞轮光电寻迹模块的总体结构1407.7.2 接收信号处理1417.7.3 光电检测单元的结构布局1437.8 规划路径的样条插值1447.8.1 三次样条插值法基础理论1447.8.2 三次样条插值函数在球形机器人路径规划中的简化1487.8.3 球形机器人路径规划的实验研究1507.9 本章小结154第8章 球形机器人的实验研究1568.1 TSR-I型球形机器人的样机制作1568.2 TSR-I型球形机器人的实验研究1588.2.1 球形机器人直线运动实验1598.2.2 球形机器人爬坡能力实验1608.2.3 球形机器人光电寻迹实验1628.3 基于ADAMS的TSR-I型球形机器人的仿真研究1648.3.1 TSR-I型球形机器人虚拟样机模型1648.3.2 TSR-I型球形机器人越障能力仿真1658.3.3 TSR-I型球形机器人爬坡能力仿真1678.4 基于ADAMS的TSR-III型球形机器人运动平稳性仿真1708.5 本章小结175第9章 总结与展望1769.1 本书主要研究内容及结论1769.2 主要创新点1789.3 研究展望179附录A 球形机器人相关专利181参考文献187后记198
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