第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 球形机器人研究现状 1
1.2.1 国外球形机器人的发展现状 2
1.2.2 国内球形机器人的发展现状 4
1.3 球形机器人运动学动力学研究现状 6
1.4 球形移动机器人运动控制策略的研究现状 7
第2章 水平面运动球形机器人动力学特性研究 9
2.1 引言 9
2.2 配重驱动型球形机器人在水平面内运动的动力学模型建立 11
2.2.1 研究对象 11
2.2.2 基于牛顿-欧拉法的配重驱动型球形机器人水平面内运动的动力学模型 12
2.2.3 基于拉格朗日法的配重驱动型球形机器人水平面内运动的动力学模型 13
2.2.4 牛顿-欧拉法和拉格朗日法结果对比 14
2.3 配重型球形机器人加速特性研究 14
2.3.1 球形机器人加速度的简化振动微分方程 15
2.3.2 基于ADAMS的球形机器人动力学仿真与实验 16
2.4 球形机器人越障性能分析 20
2.4.1 球形机器人越障原理分析 20
2.4.2 球形机器人越障实验 23
2.5 本章小结 28
第3章 球形机器人坡面运动的动力学模型 29
3.1 引言 29
3.2 BYQ-Ⅷ型球形机器人简介 29
3.3 球形机器人坡面运动的平面动力学模型 30
3.3.1 爬坡运动的动力学模型 30
3.3.2 爬坡运动的平衡条件 35
3.3.3 状态空间模型 36
3.4 球形机器人坡面运动的空间动力学模型 37
3.4.1 球形机器人滚动球壳的空间动力学模型 37
3.4.2 球形机器人坡面运动的多体动力学模型 42
3.5 本章小结 47
第4章 坡面倾斜角度已知条件下球形机器人爬坡运动的控制策略研究 48
4.1 引言 48
4.2 基于自适应解耦滑模控制方法的位置控制策略研究 49
4.2.1 基于自适应解耦滑模控制方法的位置控制器设计 49
4.2.2 基于自适应解耦滑模控制方法的位置控制器的仿真验证 55
4.2.3 基于自适应解耦滑模控制方法的位置控制器的实验验证 56
4.3 基于自适应分级滑模控制方法的位置控制策略研究 60
4.3.1 基于自适应分级滑模控制方法的位置控制器设计 60
4.3.2 基于自适应分级滑模控制方法的位置控制器的仿真验证 64
4.3.3 基于自适应分级滑模控制方法的位置控制器的实验验证 65
4.4 基于自适应分级滑模控制方法的速度控制策略研究 66
4.4.1 基于自适应分级滑模控制方法的速度控制器设计 66
4.4.2 基于自适应分级滑模控制方法的速度控制器的仿真验证 68
4.4.3 基于自适应分级滑模控制方法的速度控制器的实验验证 69
4.5 本章小结 70
第5章 坡面倾斜角度未知条件下球形机器人爬坡运动的位置控制策略研究 71
5.1 引言 71
5.2 基于自适应神经网络滑模控制方法的位置控制策略研究 71
5.2.1 基于自适应神经网络滑模控制方法的位置控制器设计 72
5.2.2 基于自适应神经网络滑模控制方法的位置控制器的仿真验证 76
5.2.3 基于自适应神经网络滑模控制方法的位置控制器的实验验证 77
5.3 基于自适应模糊滑模控制方法的位置控制策略研究 78
5.3.1 基于自适应模糊滑模控制方法的位置控制器设计 79
5.3.2 基于自适应模糊滑模控制方法的位置控制策略的仿真验证 83
5.3.3 基于自适应模糊滑模控制方法的位置控制策略的实验验证 83
5.4 本章小结 85
第6章 球形机器人坡面运动的定点控制策略研究 86
6.1 引言 86
6.2 基于自适应反演滑模控制方法的定点控制策略研究 86
6.2.1 基于自适应反演滑模控制方法的定点控制器设计 86
6.2.2 基于自适应反演滑模控制方法的定点控制策略的仿真验证 92
6.2.3 基于自适应反演滑模控制方法的定点控制策略的实验验证 93
6.3 基于模型参考自适应滑模控制方法的定点控制策略研究 96
6.3.1 基于模型参考自适应滑模控制方法的定点控制器设计 96
6.3.2 基于模型参考自适应滑模控制方法的定点控制策略的仿真验证 99
6.3.3 基于模型参考自适应滑模控制方法的定点控制策略的实验验证 100
6.4 本章小结 101
第7章 球形机器人坡面运动的轨迹跟踪策略研究 102
7.1 引言 102
7.2 基于输入输出反馈线性化方法的轨迹跟踪策略研究 102
7.2.1 基于输入输出反馈线性化方法的轨迹跟踪控制器设计 103
7.2.2 基于输入输出反馈线性化方法的轨迹跟踪策略的仿真验证 105
7.2.3 基于输入输出反馈线性化方法的轨迹跟踪策略的实验验证 107
7.3 基于自适应滑模控制方法的轨迹跟踪策略研究 108
7.3.1 基于自适应滑模控制方法的轨迹跟踪控制器设计 109
7.3.2 基于自适应滑模控制方法的轨迹跟踪策略的仿真验证 111
7.3.3 基于自适应滑模控制方法的轨迹跟踪策略的实验验证 113
7.4 本章小结 113
第8章 球形机器人坡面运动的路径跟踪策略研究 115
8.1 引言 115
8.2 基于输入输出反馈线性化方法的路径跟踪策略研究 115
8.2.1 基于输入输出反馈线性化方法的路径跟踪控制器设计 115
8.2.2 基于输入输出反馈线性化方法的路径跟踪策略的仿真验证 119
8.2.3 基于输入输出反馈线性化方法的路径跟踪策略的实验验证 120
8.3 基于自适应滑模控制方法的路径跟踪策略研究 121
8.3.1 基于自适应滑模控制方法的路径跟踪控制器设计 122
8.3.2 基于自适应滑模控制方法的路径跟踪策略的仿真验证 124
8.3.3 基于自适应滑模控制方法的路径跟踪策略的实验验证 125
8.4 本章小结 126
第9章 BYQ-Ⅳ球形机器人典型操作任务特性分析 128
9.1 引言 128
9.2 BYQ-Ⅳ球形机器人简介 128
9.3 BYQ-Ⅳ球形机器人操作手运动学分析 130
9.3.1 BYQ-Ⅳ机器人操作臂运动学分析 130
9.3.2 BYQ-Ⅳ球形机器人手爪运动学及重要参数分析 132
9.4 BYQ-Ⅳ球形机器人操作任务分析 136
9.4.1 BYQⅣ机器人典型操作任务规划 137
9.4.2 BYQ-Ⅳ机器人非典型操作任务规划 138
9.4.3 BYQ-Ⅳ机器人操作任务虚拟仿真与实验 140
9.5 本章小结 146
附表一 基于自适应分级滑模控制方法的速度控制实验数据 147
附表二 基于输入输出反馈线性化的直线轨迹跟踪实验数据 148
附表三 基于自适应滑模控制的直线轨迹跟踪实验数据 149
附表四 基于输入输出反馈线性化的直线路径跟踪实验数据 150
附表五 基于自适应滑模控制的直线路径跟踪实验数据 151
参考文献 152