球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)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(jī)器人特點(diǎn)及應(yīng)用\t2
1．3　國(guó)內(nèi)外球形機(jī)器人研究現(xiàn)狀\t3
1．3．1 外驅(qū)球形機(jī)器人\t4
1．3．2 內(nèi)驅(qū)球形機(jī)器人\t6
1．4　球形機(jī)器人研究的核心問(wèn)題\t15
1．5　研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線(xiàn)\t16
1．5．1 本書(shū)研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線(xiàn)\t16
1．5．2 研究?jī)?nèi)容安排\t17
第2章 球形機(jī)器人電磁驅(qū)動(dòng)原理及性能研究\t19
2．1　內(nèi)驅(qū)球形機(jī)器人的原理及分類(lèi)\t19
2．2　球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)原則\t20
2．3　電磁驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)\t21
2．3．1 單電磁線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人方案設(shè)計(jì)\t21
2．3．2 雙電磁線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人方案設(shè)計(jì)\t23
2．4　電磁驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能分析\t25
2．4．1 球形機(jī)器人各部件質(zhì)量\t25
2．4．2 球形機(jī)器人滾動(dòng)條件\t26
2．4．3 球形機(jī)器人的加速度\t29
2．4．4 球形機(jī)器人越障能力分析\t30
2．4．5 球形機(jī)器人爬坡能力分析\t32
2．5　球形機(jī)器人滑動(dòng)現(xiàn)象分析\t34
2．5．1 球形機(jī)器人在平面運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)條件\t34
2．5．2 球形機(jī)器人在斜坡面上運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)條件\t35
2．6　球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎性能分析\t38
2．7　本章小結(jié)\t40
第3章 球形機(jī)器人流體驅(qū)動(dòng)原理及性能研究\t42
3．1　流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)\t42
3．1．1 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人整體方案設(shè)計(jì)\t42
3．1．2 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)\t43
3．1．3 軸流裝置\t44
3．2　流體環(huán)參數(shù)計(jì)算\t46
3．2．1 流體環(huán)質(zhì)量\t46
3．2．2 流體環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量\t47
3．2．3 等效擺長(zhǎng)度\t48
3．3　流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能分析\t49
3．3．1 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人各部件參數(shù)\t49
3．3．2 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的滾動(dòng)條件\t50
3．3．3 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人的加速度\t51
3．3．4 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人越障能力分析\t52
3．3．5 流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人爬坡能力分析\t53
3．4　流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人其他參數(shù)分析、計(jì)算\t54
3．5　本章小結(jié)\t56
第4章 離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人的設(shè)計(jì)與分析\t58
4．1　離合式半球差動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人方案設(shè)計(jì)\t58
4．1．1 離合式半球差動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人整體方案設(shè)計(jì)\t58
4．1．2 電磁驅(qū)動(dòng)部件設(shè)計(jì)\t60
4．1．3 離合部件設(shè)計(jì)\t62
4．1．4 離合原理及實(shí)現(xiàn)\t63
4．1．5 離合式半球差動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人特點(diǎn)\t67
4．2　離合式半球差動(dòng)流體驅(qū)動(dòng)球形機(jī)器人方案簡(jiǎn)介\t67
4．3　離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能分析\t69
4．3．1 離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人各部件參數(shù)\t69
4．3．2 離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人的滾動(dòng)條件\t70
4．3．3 離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人的加速度\t72
4．3．4 離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人越障及爬坡能力\t74
4．4　離合式半球差動(dòng)球形機(jī)器人的滑動(dòng)現(xiàn)象研究\t74
4．5　離合式半球差動(dòng)球形機(jī)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析\t81
5．1　球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析現(xiàn)狀\t81
5．2　運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)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(dòng)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的建立\t86
5．4　球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的廣義歐拉角描述\t89
5．4．1 球形機(jī)器人位姿參數(shù)的廣義歐拉角描述\t89
5．4．2 球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的廣義歐拉角描述\t90
5．5　球形機(jī)器人直行與轉(zhuǎn)彎的分離研究\t91
5．5．1 球形機(jī)器人直線(xiàn)行走動(dòng)力學(xué)方程\t92
5．5．2 球形機(jī)器人爬坡運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程\t94
5．5．3 球形機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程\t95
5．5．4 球形機(jī)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(jī)器人控制策略的研究\t101
6．1　球形機(jī)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(jì)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(jì)方法\t108
6．3．3 球形機(jī)器人軌跡跟蹤的位姿誤差\t109
6．3．4 球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制策略切換函數(shù)的設(shè)計(jì)\t111
6．3．5 球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制策略滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)\t112
6．3．6 基于球形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的“滑?？刂啤辈呗苑抡鎈t113
6．4　基于球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的“滑?？刂啤辈呗苑抡鎈t116
6．4．1 球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的近似線(xiàn)性化\t116
6．4．2 球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型縱向滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)\t117
6．4．3 球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型橫向滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)\t118
6．4．4 符號(hào)函數(shù)的連續(xù)化\t120
6．4．5 球形機(jī)器人動(dòng)力學(xué)“滑?？刂啤狈抡鎈t121
6．5　本章小結(jié)\t122
第7章 球形機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軌跡跟蹤研究\t123
7．1　球形機(jī)器人控制系統(tǒng)及軌跡跟蹤研究現(xiàn)狀\t123
7．1．1 球形機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀\t123
7．1．2 球形機(jī)器人避障及路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀\t124
7．2　球形機(jī)器人控制系統(tǒng)組成\t125
7．3　球形機(jī)器人主控模塊的結(jié)構(gòu)原理\t127
7．4　球形機(jī)器人直行控制模塊的設(shè)計(jì)\t129
7．4．1 步進(jìn)電機(jī)的選擇\t129
7．4．2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理\t130
7．5　球形機(jī)器人轉(zhuǎn)向控制模塊的設(shè)計(jì)\t133
7．5．1 球形機(jī)器人轉(zhuǎn)向電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制\t133
7．5．2 球形機(jī)器人飛輪轉(zhuǎn)速的測(cè)量原理\t136
7．5．3 飛輪轉(zhuǎn)速的測(cè)算方法與誤差分析\t137
7．6　球形機(jī)器人轉(zhuǎn)向角度測(cè)量控制模塊的設(shè)計(jì)\t139
7．7　球形機(jī)器人光電尋跡模塊的設(shè)計(jì)\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(hào)處理\t141
7．7．3 光電檢測(cè)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(jī)器人路徑規(guī)劃中的簡(jiǎn)化\t148
7．8．3 球形機(jī)器人路徑規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)研究\t150
7．9　本章小結(jié)\t154
第8章 球形機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)研究\t156
8．1　TSR-I型球形機(jī)器人的樣機(jī)制作\t156
8．2　TSR-I型球形機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)研究\t158
8．2．1 球形機(jī)器人直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)\t159
8．2．2 球形機(jī)器人爬坡能力實(shí)驗(yàn)\t160
8．2．3 球形機(jī)器人光電尋跡實(shí)驗(yàn)\t162
8．3　基于A(yíng)DAMS的TSR-I型球形機(jī)器人的仿真研究\t164
8．3．1 TSR-I型球形機(jī)器人虛擬樣機(jī)模型\t164
8．3．2 TSR-I型球形機(jī)器人越障能力仿真\t165
8．3．3 TSR-I型球形機(jī)器人爬坡能力仿真\t167
8．4　基于A(yíng)DAMS的TSR-III型球形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)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(shū)主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論\t176
9．2　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)\t178
9．3　研究展望\t179
附錄A 球形機(jī)器人相關(guān)專(zhuān)利\t181
參考文獻(xiàn)\t187
后記\t198