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一种全向滚动球形机器人的运动分析与轨迹规划

Motion analysis and trajectory planning of a spherical omnidirectional rolling robot

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【作者】 李团结张学锋陈永琴

【Author】 LI Tuan-jie,ZHANG Xue-feng,CHEN Yongqin(School of Mechano-electronic Engineering,Xidian Univ.,Xi′an 710071,China)

【机构】 西安电子科技大学机电工程学院西安电子科技大学机电工程学院 陕西西安710071陕西西安710071

【摘要】 设计了一种全向滚动球形机器人的内驱动机构,4台直线电机分别在4个空间对称的轮辐上径向移动,改变系统重心位置,驱动球形机器人在平面上全向滚动.基于球体纯滚动的非完整约束和步进直线电机运动的离散特性,建立了球形机器人的运动模型,给出了控制其运动的二阶微分方程组,进而提出了该球形机器人的轨迹规划算法.结合实例进行了运动分析和轨迹规划仿真,表明这种运动分析模型是正确的,并且简化了球形机器人的驱动装置,降低了能耗.

【Abstract】 An internal locomotion mechanism of a spherical omnidirectional rolling robot is designed.Four linear motors move inward and outward respectively along four spokes with geometrical symmetry in three dimensional space,which will cause the robot to roll in all directions on a flat surface by displacing its gravity center.Based on the nonholonomic constraint arising from rolling contact and the discrete motion nature of stepper linear motors,the motion model of the robot is established.The second-order control differential equations are derived.Then an algorithm for trajectory planning is developed.A numerical example is given to illustrate the methods for motion analysis and trajectory planning.The virtual prototype technology is used to validate the effectiveness of the methods.

【基金】 陕西省自然科学基金资助项目(2003E34);西安市工业科技攻关项目(GG04037)
  • 【文献出处】 西安电子科技大学学报 ,Journal of Xidian University , 编辑部邮箱 ,2007年01期
  • 【分类号】TP242
  • 【被引频次】33
  • 【下载频次】792
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