球形機器人驅(qū)動原理及控制策略

第1章 緒論\t1
1．1　研究背景\t1
1．2　球形機器人特點及應(yīng)用\t2
1．3　國內(nèi)外球形機器人研究現(xiàn)狀\t3
1．3．1 外驅(qū)球形機器人\t4
1．3．2 內(nèi)驅(qū)球形機器人\t6
1．4　球形機器人研究的核心問題\t15
1．5　研究內(nèi)容和技術(shù)路線\t16
1．5．1 本書研究內(nèi)容和技術(shù)路線\t16
1．5．2 研究內(nèi)容安排\t17
第2章 球形機器人電磁驅(qū)動原理及性能研究\t19
2．1　內(nèi)驅(qū)球形機器人的原理及分類\t19
2．2　球形機器人的設(shè)計原則\t20
2．3　電磁驅(qū)動球形機器人驅(qū)動原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計\t21
2．3．1 單電磁線圈驅(qū)動球形機器人方案設(shè)計\t21
2．3．2 雙電磁線圈驅(qū)動球形機器人方案設(shè)計\t23
2．4　電磁驅(qū)動球形機器人運動性能分析\t25
2．4．1 球形機器人各部件質(zhì)量\t25
2．4．2 球形機器人滾動條件\t26
2．4．3 球形機器人的加速度\t29
2．4．4 球形機器人越障能力分析\t30
2．4．5 球形機器人爬坡能力分析\t32
2．5　球形機器人滑動現(xiàn)象分析\t34
2．5．1 球形機器人在平面運動的滑動條件\t34
2．5．2 球形機器人在斜坡面上運動的滑動條件\t35
2．6　球形機器人轉(zhuǎn)彎性能分析\t38
2．7　本章小結(jié)\t40
第3章 球形機器人流體驅(qū)動原理及性能研究\t42
3．1　流體驅(qū)動球形機器人驅(qū)動原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計\t42
3．1．1 流體驅(qū)動球形機器人整體方案設(shè)計\t42
3．1．2 流體驅(qū)動球形機器人轉(zhuǎn)彎機構(gòu)\t43
3．1．3 軸流裝置\t44
3．2　流體環(huán)參數(shù)計算\t46
3．2．1 流體環(huán)質(zhì)量\t46
3．2．2 流體環(huán)轉(zhuǎn)動慣量\t47
3．2．3 等效擺長度\t48
3．3　流體驅(qū)動球形機器人運動性能分析\t49
3．3．1 流體驅(qū)動球形機器人各部件參數(shù)\t49
3．3．2 流體驅(qū)動球形機器人的滾動條件\t50
3．3．3 流體驅(qū)動球形機器人的加速度\t51
3．3．4 流體驅(qū)動球形機器人越障能力分析\t52
3．3．5 流體驅(qū)動球形機器人爬坡能力分析\t53
3．4　流體驅(qū)動球形機器人其他參數(shù)分析、計算\t54
3．5　本章小結(jié)\t56
第4章 離合式半球差動球形機器人的設(shè)計與分析\t58
4．1　離合式半球差動電磁驅(qū)動球形機器人方案設(shè)計\t58
4．1．1 離合式半球差動電磁驅(qū)動球形機器人整體方案設(shè)計\t58
4．1．2 電磁驅(qū)動部件設(shè)計\t60
4．1．3 離合部件設(shè)計\t62
4．1．4 離合原理及實現(xiàn)\t63
4．1．5 離合式半球差動電磁驅(qū)動球形機器人特點\t67
4．2　離合式半球差動流體驅(qū)動球形機器人方案簡介\t67
4．3　離合式半球差動球形機器人運動性能分析\t69
4．3．1 離合式半球差動球形機器人各部件參數(shù)\t69
4．3．2 離合式半球差動球形機器人的滾動條件\t70
4．3．3 離合式半球差動球形機器人的加速度\t72
4．3．4 離合式半球差動球形機器人越障及爬坡能力\t74
4．4　離合式半球差動球形機器人的滑動現(xiàn)象研究\t74
4．5　離合式半球差動球形機器人的轉(zhuǎn)彎半徑分析\t77
4．6　本章小結(jié)\t79
第5章 球形機器人運動學(xué)、動力學(xué)分析\t81
5．1　球形機器人運動學(xué)、動力學(xué)分析現(xiàn)狀\t81
5．2　運動學(xué)、動力學(xué)相關(guān)理論\t83
5．2．1 非完整約束系統(tǒng)\t83
5．2．2 動力學(xué)普遍方程\t84
5．2．3 歐拉角與坐標(biāo)變換\t85
5．3　球形機器人運動學(xué)方程的建立\t86
5．4　球形機器人動力學(xué)方程的廣義歐拉角描述\t89
5．4．1 球形機器人位姿參數(shù)的廣義歐拉角描述\t89
5．4．2 球形機器人動力學(xué)方程的廣義歐拉角描述\t90
5．5　球形機器人直行與轉(zhuǎn)彎的分離研究\t91
5．5．1 球形機器人直線行走動力學(xué)方程\t92
5．5．2 球形機器人爬坡運動的動力學(xué)方程\t94
5．5．3 球形機器人轉(zhuǎn)彎運動的動力學(xué)方程\t95
5．5．4 球形機器人轉(zhuǎn)彎半徑的探討\t96
5．6　本章小結(jié)\t100
第6章 球形機器人控制策略的研究\t101
6．1　球形機器人控制策略研究現(xiàn)狀\t101
6．2　滑模變結(jié)構(gòu)控制原理\t102
6．2．1 滑模變結(jié)構(gòu)控制定義\t102
6．2．2 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計步驟\t104
6．2．3 滑模變結(jié)構(gòu)控制器的抖振現(xiàn)象分析\t105
6．3　基于球形機器人運動學(xué)模型的反演控制策略\t106
6．3．1 趨近律方法\t107
6．3．2 反演設(shè)計方法\t108
6．3．3 球形機器人軌跡跟蹤的位姿誤差\t109
6．3．4 球形機器人運動控制策略切換函數(shù)的設(shè)計\t111
6．3．5 球形機器人運動控制策略滑?？刂破鞯脑O(shè)計\t112
6．3．6 基于球形機器人的運動學(xué)模型的“滑?？刂啤辈呗苑抡鎈t113
6．4　基于球形機器人動力學(xué)模型的“滑?？刂啤辈呗苑抡鎈t116
6．4．1 球形機器人動力學(xué)模型的近似線性化\t116
6．4．2 球形機器人動力學(xué)模型縱向滑模控制器的設(shè)計\t117
6．4．3 球形機器人動力學(xué)模型橫向滑?？刂破鞯脑O(shè)計\t118
6．4．4 符號函數(shù)的連續(xù)化\t120
6．4．5 球形機器人動力學(xué)“滑?？刂啤狈抡鎈t121
6．5　本章小結(jié)\t122
第7章 球形機器人控制系統(tǒng)設(shè)計及軌跡跟蹤研究\t123
7．1　球形機器人控制系統(tǒng)及軌跡跟蹤研究現(xiàn)狀\t123
7．1．1 球形機器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀\t123
7．1．2 球形機器人避障及路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀\t124
7．2　球形機器人控制系統(tǒng)組成\t125
7．3　球形機器人主控模塊的結(jié)構(gòu)原理\t127
7．4　球形機器人直行控制模塊的設(shè)計\t129
7．4．1 步進電機的選擇\t129
7．4．2 步進電機驅(qū)動原理\t130
7．5　球形機器人轉(zhuǎn)向控制模塊的設(shè)計\t133
7．5．1 球形機器人轉(zhuǎn)向電機及驅(qū)動控制\t133
7．5．2 球形機器人飛輪轉(zhuǎn)速的測量原理\t136
7．5．3 飛輪轉(zhuǎn)速的測算方法與誤差分析\t137
7．6　球形機器人轉(zhuǎn)向角度測量控制模塊的設(shè)計\t139
7．7　球形機器人光電尋跡模塊的設(shè)計\t140
7．7．1 飛輪光電尋跡模塊的總體結(jié)構(gòu)\t140
7．7．2 接收信號處理\t141
7．7．3 光電檢測單元的結(jié)構(gòu)布局\t143
7．8　規(guī)劃路徑的樣條插值\t144
7．8．1 三次樣條插值法基礎(chǔ)理論\t144
7．8．2 三次樣條插值函數(shù)在球形機器人路徑規(guī)劃中的簡化\t148
7．8．3 球形機器人路徑規(guī)劃的實驗研究\t150
7．9　本章小結(jié)\t154
第8章 球形機器人的實驗研究\t156
8．1　TSR-I型球形機器人的樣機制作\t156
8．2　TSR-I型球形機器人的實驗研究\t158
8．2．1 球形機器人直線運動實驗\t159
8．2．2 球形機器人爬坡能力實驗\t160
8．2．3 球形機器人光電尋跡實驗\t162
8．3　基于ADAMS的TSR-I型球形機器人的仿真研究\t164
8．3．1 TSR-I型球形機器人虛擬樣機模型\t164
8．3．2 TSR-I型球形機器人越障能力仿真\t165
8．3．3 TSR-I型球形機器人爬坡能力仿真\t167
8．4　基于ADAMS的TSR-III型球形機器人運動平穩(wěn)性仿真\t170
8．5　本章小結(jié)\t175
第9章 總結(jié)與展望\t176
9．1　本書主要研究內(nèi)容及結(jié)論\t176
9．2　主要創(chuàng)新點\t178
9．3　研究展望\t179
附錄A 球形機器人相關(guān)專利\t181
參考文獻\t187
后記\t198