一種載人球形機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)分析

邢永波++金京++王加兵

摘 要：通過(guò)對(duì)當(dāng)前為滿(mǎn)足各鐘特殊環(huán)境下的需求而提出的球形機(jī)器人的深入研究，提出了一種具有載人能力的球形機(jī)器人，確定了其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)UG對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模并在Ansys中構(gòu)建系統(tǒng)的模型，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，對(duì)載人球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，為球形機(jī)器人整體的設(shè)計(jì)、模擬仿真及其制造提供參考。針對(duì)目前對(duì)球形機(jī)器人無(wú)載人性能這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)提出了具有轉(zhuǎn)向性的載人球形機(jī)器人，在各種特殊環(huán)境下具有很大實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：載人球形機(jī)器人 運(yùn)動(dòng)仿真 有限元分析 UG/ADAMS軟件應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0007-03

具有球星外形的自主移動(dòng)交通工具有很長(zhǎng)的歷史，近期發(fā)展已經(jīng)說(shuō)明了它在不同環(huán)境下的各種應(yīng)用，包括航海的，室內(nèi)的，室外的，軍事方面和行星探險(xiǎn)[1]。相比較而言，傳統(tǒng)的足式機(jī)器人雖然運(yùn)動(dòng)靈活但運(yùn)動(dòng)速度低，耗能大，承載力小而且控制系統(tǒng)復(fù)雜；輪式的移動(dòng)速度快，承載力大，耗能小，但在某些特殊環(huán)境下難以運(yùn)用，如球體如果它的半徑較大的話(huà)可以滾過(guò)一定的障礙物和溝渠，可以適應(yīng)非常惡劣的環(huán)境。

球形機(jī)器人外部一個(gè)球形的殼體，與地面及外界物體始終為點(diǎn)接觸，從而使其在轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑非常小，摩擦阻力小、能耗低、環(huán)保節(jié)能，并且與外界物體碰撞時(shí)的抗沖擊性和安全性極高。球形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，與接觸面發(fā)生近似點(diǎn)接觸，所以它的穩(wěn)定性比較差。它的原理是通過(guò)改變機(jī)器人的重心來(lái)實(shí)現(xiàn)在平面上的滾動(dòng)，那么更有效的控制它的重心改變來(lái)提高穩(wěn)定性和它的運(yùn)動(dòng)控制性問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究基本上還處在初級(jí)階段，也有一些研究單位設(shè)計(jì)研制了一些球形機(jī)器人但大多數(shù)是比較小尺寸的，里邊搭載各種儀器，相對(duì)于載人的，大尺寸的球形機(jī)器人的研制目前基本上很少；該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大程度的使得平臺(tái)上空間分布合理實(shí)現(xiàn)載人的條件。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的趙勃等人，將傳統(tǒng)的偏心質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了改進(jìn)，研制了一種雙偏心質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)的球形機(jī)器人，雙偏心質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)的球形機(jī)器人這種改進(jìn)的雙偏心質(zhì)量塊驅(qū)動(dòng)方式使機(jī)器人具有更快的移動(dòng)速度，更靈活的轉(zhuǎn)向能力，但將機(jī)器人的橫滾角度限制在了一定的范圍，機(jī)器人不具有全方位滾動(dòng)能力；Spherical Mobile Robot

Aarne Halme等人在1996年研制出了第一臺(tái)具有真正意義上的球形運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪在球殼內(nèi)滾動(dòng)，通過(guò)改變系統(tǒng)的重心來(lái)實(shí)現(xiàn)球體的滾動(dòng)這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了球體的運(yùn)動(dòng)，但由于采用單輪驅(qū)動(dòng)的固有的局限性，它無(wú)法實(shí)現(xiàn)球形機(jī)器人的全向滾動(dòng)，本文巧妙的利用兩個(gè)輔助輪速度的改變使得重心左右位移使得在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能；Amir Homayoun Javadi A.和Puyan Mojabi在2002年開(kāi)發(fā)了一種全方位球形運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，由一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)一個(gè)配重塊沿輪幅方向來(lái)回移動(dòng)通過(guò)改變輪幅上的配重的位置來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)這種設(shè)計(jì)也基本上實(shí)現(xiàn)了球體的全向滾動(dòng)，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，這種機(jī)器人的體積比較大而且不具備載人能力。

綜合國(guó)內(nèi)外研究狀況，它們的不足之處在：（1）無(wú)載人負(fù)重能力。（2）都是機(jī)控電控而不是直接由人來(lái)操控。（3）大多數(shù)僅限于較小尺寸的球形機(jī)器人。針對(duì)以上情況本文主要設(shè)計(jì)出一種載人球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用新的一種結(jié)構(gòu)控制它的運(yùn)動(dòng)使得更穩(wěn)定，在UG中進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)建模，并運(yùn)用虛擬樣機(jī)軟件ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，仿真分析與設(shè)計(jì)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性和合理性，為下一步工作提供有效參考。

1 載人球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

如圖1所示，該球形機(jī)器人由球殼，位于球殼內(nèi)的底部平板架的和位于平板架的和球殼之間的推進(jìn)裝置組成，平板架上裝置有電源和座位及控制裝置，推進(jìn)裝置是由連接于平臺(tái)上的三個(gè)小輪組成，每個(gè)小輪上各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，分別與球殼內(nèi)部形成點(diǎn)接觸。在靜止和行駛過(guò)程中，球體重心始終低于球心，且車(chē)身質(zhì)量輕，慣性小，駕駛安全性高。該機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的越障功能，因?yàn)樗耐鈿な且粋€(gè)較大的圓球，在相同的障礙前比其它車(chē)子更能輕松的越過(guò)。本發(fā)明除過(guò)外界物體卡死的情況下，它在任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都不會(huì)翻車(chē)。

當(dāng)系統(tǒng)的重心與球體的形心同在一條豎直線(xiàn)上時(shí)，則對(duì)球形機(jī)器人不產(chǎn)生力矩，靜止不動(dòng)；啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，平板架的載著人運(yùn)動(dòng)位置改變進(jìn)而使得系統(tǒng)的重心位置偏移。系統(tǒng)重心相對(duì)于地面形成一個(gè)力偶，驅(qū)動(dòng)球殼在地面上運(yùn)動(dòng)。剛起步時(shí)由于啟動(dòng)力矩較大，所以可以同時(shí)啟動(dòng)三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)起來(lái)后可以只啟動(dòng)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)1，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗膽T性所以耗能更小；需要減速時(shí)，電機(jī)1減速的同時(shí)可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和電機(jī)3使之反向運(yùn)動(dòng)，由于摩擦力作用下，能夠使之更快速平穩(wěn)有效的降低速度直至所需狀態(tài)；加速時(shí)也同樣給定驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和3一定的同向速度加以實(shí)現(xiàn)。如果當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和3的速度不一樣時(shí)，即小輪2和小輪3一個(gè)同方向加速而另一個(gè)則反方向運(yùn)動(dòng)，則小輪1會(huì)偏離原運(yùn)行的軌道，則進(jìn)行轉(zhuǎn)向，此時(shí)如果在使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和3的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與上一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)剛相反時(shí)，又使得其狀態(tài)復(fù)位，從而使得球形機(jī)器人恢復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)并且回到之前的運(yùn)動(dòng)軌道上。因?yàn)槭且环N載人的球形機(jī)器人，所以要求在球殼上有一個(gè)開(kāi)口，通過(guò)它進(jìn)入到里邊，而且在轉(zhuǎn)向后要保證其運(yùn)動(dòng)軌道回復(fù)，因此通過(guò)小輪2和3的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使球體重心在左右方向上偏移從而實(shí)現(xiàn)球體的轉(zhuǎn)向控制。

為了使得球形機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中底部平板架的平穩(wěn)性，在以平板架中心為基準(zhǔn)，在周?chē)?20夾角分別裝置如圖所示的帶有萬(wàn)向輪的構(gòu)件以彈簧使其一端與平板架固連，另一端點(diǎn)分別與球殼接觸，因此在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠起到緩沖作用使得運(yùn)動(dòng)更加的平穩(wěn)。

如圖所示，1為球殼2為平臺(tái)上的帶有彈簧的萬(wàn)向球，均勻分布3個(gè)，3和5分別為帶有電機(jī)（2）（3）的輪子，4為帶有驅(qū)動(dòng)電機(jī)（1）的主輪，6為彈簧，7為位于球殼內(nèi)的底部平板架endprint

2 三維實(shí)體模型的建立及動(dòng)力分析

球形機(jī)器人平面運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為一個(gè)欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)又是一個(gè)非完整系統(tǒng)。非完整系統(tǒng)可以用較小的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制較多的自由度，有利于降低機(jī)器人的重量，最小轉(zhuǎn)彎半徑小于直徑，轉(zhuǎn)向靈活性高；車(chē)的重心人為控制，主動(dòng)操作性強(qiáng)。

球形機(jī)器人系統(tǒng)分別在框架和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，改變球殼內(nèi)的重心方位，從而產(chǎn)生繞著地點(diǎn)的力矩，使球滾動(dòng)。

2.1 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)特性分析

如圖1中，假設(shè)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速為，則小輪與球殼接觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度為機(jī)器人中心點(diǎn)角速度球形機(jī)器人的角加速度為該球形移動(dòng)機(jī)器人的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)速度主要是由電機(jī)1的轉(zhuǎn)速所決定。運(yùn)用運(yùn)用拉格朗日方程求得電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)矩為：

其中，載人球形移動(dòng)機(jī)器人的總質(zhì)量為M；球形機(jī)器人的角加速度為α1，球殼的密度為；球形機(jī)器人與接觸面的滾動(dòng)摩阻系數(shù)為，只與相互接觸的兩個(gè)物體的硬度和濕度有關(guān)。由公式（2）可知，電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩大小與球的總質(zhì)量M、外徑R、球殼的密度加速度α1成正比，與內(nèi)徑r成反比，即內(nèi)徑r越大則轉(zhuǎn)矩越小.因此在球形機(jī)器人的外徑一定的情況下，為了具有更高的加速度，球殼壁厚應(yīng)盡量薄且總重量盡量輕。

由以上分析，我們球殼選用亞克力材料透明質(zhì)輕，壁厚b=15 mm，小車(chē)球殼質(zhì)量80 kg，球殼內(nèi)各裝置的質(zhì)量25 kg設(shè)計(jì)承載能力70 kg，則小車(chē)的總質(zhì)量約為175 kg。

亞克力球殼與一般地面的摩擦f取 0.016，球殼在運(yùn)動(dòng)中總體所受的阻力：

=175×9.8×0.016=27.44 N

當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)起來(lái)時(shí)，偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度 時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩則最小擺角（底部平板架與豎直方向的夾角）：

2.2 轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)特性分析

轉(zhuǎn)彎半徑的大小是考量球形機(jī)器人躲避障礙物靈活性的一個(gè)重要因素，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用重心偏移輕松控制轉(zhuǎn)向，方便簡(jiǎn)單而有效的解決了球體的轉(zhuǎn)向不可控的難題，而且有較小的轉(zhuǎn)彎半徑。

機(jī)器人包括兩大部分重量：一部分是重物負(fù)載的重量，即人的重量；另一部分是機(jī)器人其余部分的重量（包括兩個(gè)電機(jī)和球殼等），由于設(shè)計(jì)的對(duì)稱(chēng)性，重心位于球形機(jī)器人的形心與水平面的垂線(xiàn)上。當(dāng)球形機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎時(shí)，如果底部平板架在電機(jī)2，3的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，該球形移動(dòng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑為：

在理論上越大時(shí)，則該球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎速度更快、轉(zhuǎn)彎半徑更小，但在實(shí)際的工程實(shí)現(xiàn)中，由于本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎原理是利用重心偏移控制轉(zhuǎn)向，因此必須滿(mǎn)足≤，其中為其驅(qū)動(dòng)時(shí)的最小擺角。由于該設(shè)計(jì)球殼半徑R=600 mm，所以使得該機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎速度更快、轉(zhuǎn)彎半徑更小。

2.3 機(jī)器人爬坡特性分析

球形機(jī)器人的爬坡能力主要是由主驅(qū)動(dòng)輪的電機(jī)1來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖2，假設(shè)球體受到電動(dòng)機(jī)的輸出力矩為M1，相對(duì)球心的力矩為M，球形機(jī)器人在坡度為的斜面上爬坡，將其運(yùn)動(dòng)時(shí)在整體負(fù)載情況下看做是一質(zhì)點(diǎn)，其受重力為G，球殼半徑為R，斜坡與球殼之間摩擦力足夠大，球殼與地面間只做純滾動(dòng)，球形機(jī)器人與接觸面的滾動(dòng)摩阻系數(shù)為（單位 mm），各力對(duì)球心的力矩平衡方程為：

可得爬坡角度：

由此得出，在球形機(jī)器人總負(fù)載不變的情況下，電機(jī)輸出力矩越大，球殼半徑越小，爬坡角度越大，滾動(dòng)摩擦系數(shù)u與地面情況等因素有關(guān)。

3 ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真

虛擬樣機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為此項(xiàng)工作提供了很好的研究手段。該技術(shù)將各種不同的學(xué)科門(mén)類(lèi)的技術(shù)集于一體，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行整體系統(tǒng)的完整數(shù)字化分析，并提供各種可能的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的不斷改進(jìn)完善，建立球形機(jī)器人虛擬樣機(jī)是可行的。但由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，為建模帶來(lái)較大難度。為此，在研究和分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件剛性差異較大的特點(diǎn)，提出了基于剛?cè)狁詈戏椒?、基于多種軟件的球形機(jī)器人虛擬樣機(jī)建模技術(shù)。借助成熟的、可靠的現(xiàn)有軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），ANSYS，Pro/E（Pro/Engineering）進(jìn)行整機(jī)系統(tǒng)建模建立與仿真，可避免對(duì)模型的大量簡(jiǎn)化而引起的結(jié)果誤差[7]。建立虛擬樣機(jī)。

運(yùn)動(dòng)動(dòng)力是依靠驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)改變自身重心位置和外界摩擦力提供，與地面之間為純滾動(dòng)摩擦。機(jī)器人先加速運(yùn)動(dòng)，摩擦力瞬間由靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，加速時(shí)，擺角大于0，球體重心偏前，摩擦力大于0。減速時(shí)，擺角小于0，球體重心偏后，摩擦力小于0，球體與地面間為純滾動(dòng)摩擦.如圖5為球形機(jī)器人角速度曲線(xiàn)，通過(guò)控制輪子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)球殼的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。通過(guò)建立模型仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果模型能夠在ADAMS中實(shí)現(xiàn)位移仿真，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理可行，為電機(jī)的控制提供重要參數(shù)。

4 結(jié)構(gòu)的有限元分析

ANSYS調(diào)用生成有限元分析中力的邊界條件，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評(píng)估分析和研究；這樣便可得到基于精確動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果，提高計(jì)算精度。

由于ansys的造型功能較弱，可以選擇其他造型功能強(qiáng)大的CAD軟件建造模型。本設(shè)計(jì)是通過(guò)UG軟件造型，待完成后，然后導(dǎo)入ansysworkbench求解分析。

4.1 靜力學(xué)求解過(guò)程

（1）建立有限元模型，設(shè)置材料特性。 （2）對(duì)于組建需要定義接觸區(qū)域。（3）定義網(wǎng)格控制并劃分網(wǎng)格。（4）施加載荷和邊界條件。（5）對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解。（6）進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)和分析（結(jié)果后處理）。

4.2 底部連接板的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇鋼作為主體材料，重力默認(rèn)向下。如圖3底部構(gòu)件受應(yīng)力分析，局部結(jié)構(gòu)安全性差，在整體框架上是比較薄弱的結(jié)構(gòu)，影響整體剛度，通過(guò)分析對(duì)其尺寸結(jié)構(gòu)尺寸厚做適當(dāng)調(diào)整。

可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用ANSYS軟件來(lái)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力分析有一定的實(shí)用性和科學(xué)性，它具有方便簡(jiǎn)單、精準(zhǔn)度高等特點(diǎn)，它分析所得數(shù)據(jù)是可靠而有效的，通過(guò)應(yīng)力分析能夠得到構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同部分所承受應(yīng)變的大小，在在構(gòu)件的設(shè)計(jì)方面具有十分重要的意義。endprint

5 結(jié)語(yǔ)

在本文中，結(jié)合使用UGNX和ADAMS，建立了一種具有穩(wěn)定平臺(tái)的載人球形機(jī)器人的三維模型，實(shí)現(xiàn)了一種能載人的球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)，并且具有轉(zhuǎn)向性，載人性和球殼的透明使得其更易操控，滿(mǎn)足特殊環(huán)境下的探測(cè)具有很大的應(yīng)用價(jià)值，運(yùn)用虛擬樣機(jī)，結(jié)合實(shí)例，通過(guò)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真分析，有限元分析，驗(yàn)證了所提方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，為物理樣機(jī)的研制提供了重要的依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，保證了方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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[9] 鄧宗全，岳明.球形機(jī)器人的發(fā)展概況綜述[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2006（3）：27-31.

[10] Rust I.C.， and Asada H. H.. The eyeball ROV：Design and control of a spherical underwater vehicle steered by an internal eccentric mass[C].IEEE International Conference on Robotics and Automation，Shanghai，China，2011：5855-5862.

[11] Loh R.N.，and Karsiti M..Observer-based nonlinear control of depth positioning of a spherical underwater robotic vehicle[C].4th International Conference on Intelligent and Advanced Systems，Kuala Lumpur，Malaysia，2012： 519-525.

[12] 劉大亮，孫漢旭，賈慶軒，等.球形巡檢機(jī)器人的動(dòng)態(tài)平衡控制[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（6）：54-57.endprint

5 結(jié)語(yǔ)

在本文中，結(jié)合使用UGNX和ADAMS，建立了一種具有穩(wěn)定平臺(tái)的載人球形機(jī)器人的三維模型，實(shí)現(xiàn)了一種能載人的球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)，并且具有轉(zhuǎn)向性，載人性和球殼的透明使得其更易操控，滿(mǎn)足特殊環(huán)境下的探測(cè)具有很大的應(yīng)用價(jià)值，運(yùn)用虛擬樣機(jī)，結(jié)合實(shí)例，通過(guò)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真分析，有限元分析，驗(yàn)證了所提方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，為物理樣機(jī)的研制提供了重要的依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，保證了方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 李團(tuán)結(jié)，朱超.一種具有穩(wěn)定平臺(tái)可全向滾動(dòng)的球形機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，33（1）：53-56.

[2] 肖愛(ài)平，孫漢旭，譚月勝，等.一種球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃與控制[J].機(jī)器人，2004，26（5）：444-447，460.

[3] 李團(tuán)結(jié)，朱超.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2006，18（4）：1026-1029.

[4] 孫漢旭，肖愛(ài)平，賈慶軒，等.二驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的全方位運(yùn)動(dòng)特性分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，31（7）：735-739.

[5] 李團(tuán)結(jié)，蘇理，張琰.直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全向滾動(dòng)球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2006，22（4）：46-48，52.

[6] 林杰，芮延年，周?chē)?guó)梁，等.一種全方位球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2005，25（4）：71-73.

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5 結(jié)語(yǔ)

在本文中，結(jié)合使用UGNX和ADAMS，建立了一種具有穩(wěn)定平臺(tái)的載人球形機(jī)器人的三維模型，實(shí)現(xiàn)了一種能載人的球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)，并且具有轉(zhuǎn)向性，載人性和球殼的透明使得其更易操控，滿(mǎn)足特殊環(huán)境下的探測(cè)具有很大的應(yīng)用價(jià)值，運(yùn)用虛擬樣機(jī)，結(jié)合實(shí)例，通過(guò)球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真分析，有限元分析，驗(yàn)證了所提方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，為物理樣機(jī)的研制提供了重要的依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，保證了方案的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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[7] 張亞歐.ANSYS7.0有限元分析實(shí)用教程[M].清華大學(xué)出版社，2004，7.

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[9] 鄧宗全，岳明.球形機(jī)器人的發(fā)展概況綜述[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2006（3）：27-31.

[10] Rust I.C.， and Asada H. H.. The eyeball ROV：Design and control of a spherical underwater vehicle steered by an internal eccentric mass[C].IEEE International Conference on Robotics and Automation，Shanghai，China，2011：5855-5862.

[11] Loh R.N.，and Karsiti M..Observer-based nonlinear control of depth positioning of a spherical underwater robotic vehicle[C].4th International Conference on Intelligent and Advanced Systems，Kuala Lumpur，Malaysia，2012： 519-525.

[12] 劉大亮，孫漢旭，賈慶軒，等.球形巡檢機(jī)器人的動(dòng)態(tài)平衡控制[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（6）：54-57.endprint