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1、北京邮电大学硕士学位论文全方位球形机器人的研究姓名：付清岭申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：孙汉旭20030501北京邮电大学硕士研究生学位论文，一，；，一，：第一章绪论北京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论本章在大量查阅国内外相关文献，并广泛调研的基础上，阐述了机器人的发展概况，特别是国内外有关球形机器人的研究工作。在此基础上，叙述了全方位球形机器人的研究内容，并概括了本论文的主要工作。引言人类在研究客观世界的同时，也在加速对于自身的研究，诸如：生物工程、遗传工程、人造心脏、人工智能、专家系统、语音识别等。而机器人正是人类幻想已久的与自身功能相似的机器和装置。有关机器人的发明
2、可以追忆到远古时代，我国早在西周时期，就有一名巧匠偃师，做过一个“千变万化，惟意所适”的机器人。还有两千多年前的指南车，公元，百年间出现的“木僧”、“酒山”等等都可以说是具有某些功能的机器人。而在我国民间流传甚广的三国诸葛亮制作的木牛马车，更是一种栩栩如生的移动机器人。也就是晓，在人类探究机器人的漫长历史中，我国曾经为机器人的发展作出过卓越的贡献。当然，世界上其他国家的许多杰出人才同样曾经为机器人的发展起到过不可替代的作用，比如瑞士钟表匠德罗斯父子旱在公元年问设计制造出三个类人型机器人一一写字偶人、绘图偶人和弹琴偶人。特别是近代以来，随着科学技术的飞速发展，机器人也日新月异，正以着前所未有的惊
3、人速度向前发展。经过漫长的探索和实践，人类在世纪年代发明了机器人技术。在短短的年罩，机器人已经取得了长足进步。例如，工业机器人经历了诞生成长一一成熟期后，已成为制造业中不可少的核心装备；而特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而有后来居上之势，象仿人形机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等纷纷面世，而且都正以飞快的速度向实用化迈进。经过长期的实践，在实现相同或相近功能的前提下，人类已经发明了形状各异的机器人以适应于不同的应用领域。但就行走机器人来说，人类目前已经开发了两种类型的行走机器人，即用轮子滚动行走的轮式机器人和用足行走的步行式机器人
4、。轮式机器人得到了广泛的应用，特别是在太空勘探方面，例如前苏联的轮式月球探测机器人，美国的邯可波罗“月球车等都是用轮子行走的探测车。其中轮式机器人具有快速行走和大的承载能力等优点，但其稳定性与路面的平整度有很大关系，如果路面高低不平，机器人本体就容易翻倒。为了增加稳定性就要增加轮子的数量，目前已经开发了带有，或更多轮子的轮式机器人，并在设计中使车的重心尽可能的降低。但由于轮子数目多，所以轮子不能设计的足够筇一章绪沦北京邮电大学硕士研究生学位论文大，这样其越野能力就受到了限制。用足行走的步行机器人是另一种可以在没有道路的野外行走的智能机器。在国内外，己研制出了二足、四足、六足、八足行走机器人样机
5、。用足行走的步行机器人可像人或动物那样在崎岖不平的地面上行走，但缺点是机器人自由度多，控制复杂，而且行走速度低，承载能力差。基于目前这种情况，设计种行走机器人，使它既能像轮式机器人一样具有快速行走和大的承载能力等优点，又能像步行机器人一样适应在崎岖不平的地面上行走，这将是一种很理想的行走机器人，如果开发成功，定能在实际中得到广泛的应用。球形机器人就是应这一目的丽设计出的一种新型行走机器人。它具有高速、稳定、大承载能力、路面适应性强等特点，同时还具有结构简单，控制方便，驱动机构少等特点，故其体积也很小。所以球形机器人是一个非常有意义的研究方向。球形机器人的优点及应用前景与传统的机器人相比，球形机
6、器人在结构、性能及应用方面有许多突出的优点，主要表现在以下几方面。在系统结构方面：）球形机器人整体结构非常简单，仅由球形外壳和内部驱动装置构成，基本没有繁杂的运动副或者运动关节。）球形机器人控制方便，内部驱动装置简单，仅通过对其内部驱动装置的控制即可实现其运动功能，因而其控制系统也相对于传统机器人的控制系统要简单许多。）球形机器人的全部装置和运动构件均安装在球壳的内部，结构紧凑，占用空间小，并受到很好的保护。在性能方面：）球形机器人可以实现全方位运动，并且其转弯半径为零。）球形机器人和地面是单点接触，属于纯滚动摩擦，阻力小，运动灵活。）球形机器人能够实现较高速度的运动，并且受外界的干扰小。）球
7、形机器人具有很强的路面适应能力，以及较高的承载能力。在应用方面：）球形机器人本身是球体，没有导线暴露在外面，不易被障碍物挂住或挂断导线，使机器人能在恶劣的环境下工作。）球形机器人能便利地穿过口径略大于其赢径的曲折的通道或者茂密的树丛而不会被阻碍。第一章绪沦北京邮电大学硕士研究生学位论文）球壳完全密封的球形机器人能在沙漠、沼泽、水面、海滩上使用，或水陆两用。并能在大范围内完成远距离观察、操作，载人，实施营救或运输物资等任务。）球形机器人能在有空气动力干扰的地带和低重力的月球表面等恶劣的环境下以较高的速度运动，可作为月球探测器。因为球形机器人有以上诸多优点，所以球形机器人已成为一个全新的研究领域，
8、具有广泛的研究空间和良好的应用前景。下面简单地列举球形机器人未来可能的几个应用领域。）娱乐方面。如果开发出大型的球形机器人，可以用于娱乐场所，就如同汽车一样，其中安装好驾驶装置，人就可以坐在里面驾驶。但与汽车不同的是，球形机器人可以沿任意方向滚动，但人始终保持竖直向上地稳坐其中的。另外，还可以将球形机器人做成小型化、智能化的家庭娱乐玩具，就如同现在的玩具狗样。）交通运输方面。由于球形机器人有足够的承载空间和承载能力，以及足够的动力能源，所以球形机器人可以充当一种非常理想的运输工具。）军事应用方面。如果在球形机器人的球壳里装入炸药，通过控制就很容易让它进入敌人的领地，这样球形机器人就相当于一个智能炸弹了。将来还可以丌发出能潜入水底的球形机器人，这既可以充当潜水装置，也同样可以应用在军事上。因此，这将是一个非常有影响力的应用领域。国内外发展概况有关球形机器人的研究，图中列出了目前国外研制的两例比较成型的球形机器人样
