Design and Motion Analysis of a Spherical Robot Having the Ability to Change the Centroid Radially

Abstract

摘要： 面向非结构化任务环境下球形机器人的实用性提升需求,研制BYQ-GS型质心径向可变球形机器人样机,使球形机器人同时具备重摆驱动模式与倒立摆驱动模式,且2种驱动模式下均能实现质心的径向变化。考虑质心径向变化因素,同时将运动过程中受到的可控影响因素融入动力学模型构建过程,得出面向非结构化任务环境的动力学模型。以BYQ-GS型球形机器人样机为实验平台,分析倒立摆驱动模式与质心径向移动对球形机器人运动产生的影响。结果表明,与重摆驱动相比,倒立摆驱动在超调量、系统响应速度与能耗方面具有优势,在系统收敛速度与运动稳定性方面具有劣势,并且运动开始阶段质心-球心距离逐渐减小能够使2种驱动模式的控制系统收敛速度、超调量、稳定性与响应速度均变差,同时使能耗变优。