1、球形移動機器人具有運動靈活的優(yōu)點，且在運動中不存在翻仰問題。因此在工業(yè)、民用、國防以及空間探索等領域具有廣泛的應用前景。但是球形移動機器人與地面之間具有近似點接觸的特點，導致運動分析與控制技術成為球形移動機器人研究的關鍵問題，并且一直沒有得到有效地解決，阻礙了球形移動機器人的進一步研究和應用。因此，本論文深入地研究了一種球形移動機器人的運動分析與控制技術問題。主要的研究工作如下： 首先，基于歐拉——拉格朗日方法建立球形移動機器人

2、的動力學模型，利用坐標變換和輸入控制變換對模型進行降階和標準型處理，并設計雙回路線性運動控制策略；提出球形移動機器人的動態(tài)平衡問題，分別建立球殼質量分布均勻和非均勻條件下的平面動力學模型，利用部分線性化方法將模型分別變換為非“三角”正則形式的和“三角”正則形式的級聯(lián)非線性模型，并設計指數(shù)穩(wěn)定的動態(tài)平衡控制策略：分別對提出的運動控制和平衡控制策略進行穩(wěn)定性分析、仿真和實驗研究。 其次，將球形移動機器人分別簡化為“球殼——重擺”模型

3、和“球殼——框架”模型，建立兩者的動力學微分方程，并通過求解微分方程的近似解研究驅動機構在兩個驅動軸方向上的運動特性；從魯棒控制的角度，將驅動機構對球殼的耦合作用假設為系統(tǒng)的不確定項后，建立了球形移動機器人的不確定性動力學模型；應用滑模變結構技術設計魯棒運動控制策略，并進行控制策略的穩(wěn)定性分析、仿真和實驗研究。 再次，利用微分幾何的方法研究球形移動機器人運動學模型的可控性，利用坐標變換對模型進行標準型處理，并設計指數(shù)穩(wěn)定的非線性

4、姿態(tài)控制策略；基于球形移動機器人的運動學模型和魯棒運動控制策略提出基于曲率的路徑跟蹤策略；分別對提出的姿態(tài)控制和路徑跟蹤控制策略進行穩(wěn)定性分析、仿真和實驗研究。 在理論研究成果的基礎上，研制球形移動機器人的嵌入式控制系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的可能性故障，并針對故障提出球形移動機器人的冗余容錯策略；研制高可靠性的冗余雙備份伺服控制系統(tǒng)，并進行實驗研究。 最后，研究基于多傳感器(慣性測量裝置、光電編碼器、激光測距儀以及視覺傳感器)融合