邢永波++金京++王加兵

摘 要：通過對當(dāng)前為滿足各鐘特殊環(huán)境下的需求而提出的球形機(jī)器人的深入研究，提出了一種具有載人能力的球形機(jī)器人，確定了其運(yùn)動機(jī)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，通過UG對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模并在Ansys中構(gòu)建系統(tǒng)的模型，對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，對載人球形機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，為球形機(jī)器人整體的設(shè)計、模擬仿真及其制造提供參考。針對目前對球形機(jī)器人無載人性能這一特點(diǎn)，設(shè)計提出了具有轉(zhuǎn)向性的載人球形機(jī)器人，在各種特殊環(huán)境下具有很大實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：載人球形機(jī)器人 運(yùn)動仿真 有限元分析 UG/ADAMS軟件應(yīng)用

中圖分類號：TP24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0007-03

具有球星外形的自主移動交通工具有很長的歷史，近期發(fā)展已經(jīng)說明了它在不同環(huán)境下的各種應(yīng)用，包括航海的，室內(nèi)的，室外的，軍事方面和行星探險[1]。相比較而言，傳統(tǒng)的足式機(jī)器人雖然運(yùn)動靈活但運(yùn)動速度低，耗能大，承載力小而且控制系統(tǒng)復(fù)雜；輪式的移動速度快，承載力大，耗能小，但在某些特殊環(huán)境下難以運(yùn)用，如球體如果它的半徑較大的話可以滾過一定的障礙物和溝渠，可以適應(yīng)非常惡劣的環(huán)境。

球形機(jī)器人外部一個球形的殼體，與地面及外界物體始終為點(diǎn)接觸，從而使其在轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)彎半徑非常小，摩擦阻力小、能耗低、環(huán)保節(jié)能，并且與外界物體碰撞時的抗沖擊性和安全性極高。球形機(jī)器人在運(yùn)動時，與接觸面發(fā)生近似點(diǎn)接觸，所以它的穩(wěn)定性比較差。它的原理是通過改變機(jī)器人的重心來實現(xiàn)在平面上的滾動，那么更有效的控制它的重心改變來提高穩(wěn)定性和它的運(yùn)動控制性問題。

目前，國內(nèi)外對球形機(jī)器人的設(shè)計研究基本上還處在初級階段，也有一些研究單位設(shè)計研制了一些球形機(jī)器人但大多數(shù)是比較小尺寸的，里邊搭載各種儀器，相對于載人的，大尺寸的球形機(jī)器人的研制目前基本上很少；該結(jié)構(gòu)設(shè)計最大程度的使得平臺上空間分布合理實現(xiàn)載人的條件。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實驗室的趙勃等人，將傳統(tǒng)的偏心質(zhì)量塊驅(qū)動方式進(jìn)行了改進(jìn)，研制了一種雙偏心質(zhì)量塊驅(qū)動的球形機(jī)器人，雙偏心質(zhì)量塊驅(qū)動的球形機(jī)器人這種改進(jìn)的雙偏心質(zhì)量塊驅(qū)動方式使機(jī)器人具有更快的移動速度，更靈活的轉(zhuǎn)向能力，但將機(jī)器人的橫滾角度限制在了一定的范圍，機(jī)器人不具有全方位滾動能力；Spherical Mobile Robot

Aarne Halme等人在1996年研制出了第一臺具有真正意義上的球形運(yùn)動機(jī)構(gòu)由電機(jī)驅(qū)動驅(qū)動輪在球殼內(nèi)滾動，通過改變系統(tǒng)的重心來實現(xiàn)球體的滾動這種設(shè)計實現(xiàn)了球體的運(yùn)動，但由于采用單輪驅(qū)動的固有的局限性，它無法實現(xiàn)球形機(jī)器人的全向滾動，本文巧妙的利用兩個輔助輪速度的改變使得重心左右位移使得在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能；Amir Homayoun Javadi A.和Puyan Mojabi在2002年開發(fā)了一種全方位球形運(yùn)動機(jī)器人，由一臺步進(jìn)電機(jī)通過絲杠驅(qū)動一個配重塊沿輪幅方向來回移動通過改變輪幅上的配重的位置來驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)動這種設(shè)計也基本上實現(xiàn)了球體的全向滾動，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，這種機(jī)器人的體積比較大而且不具備載人能力。

綜合國內(nèi)外研究狀況，它們的不足之處在：（1）無載人負(fù)重能力。（2）都是機(jī)控電控而不是直接由人來操控。（3）大多數(shù)僅限于較小尺寸的球形機(jī)器人。針對以上情況本文主要設(shè)計出一種載人球形機(jī)器人的運(yùn)動結(jié)構(gòu)，應(yīng)用新的一種結(jié)構(gòu)控制它的運(yùn)動使得更穩(wěn)定，在UG中進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)建模，并運(yùn)用虛擬樣機(jī)軟件ADAMS進(jìn)行運(yùn)動仿真，仿真分析與設(shè)計，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性和合理性，為下一步工作提供有效參考。

1 載人球形機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型

如圖1所示，該球形機(jī)器人由球殼，位于球殼內(nèi)的底部平板架的和位于平板架的和球殼之間的推進(jìn)裝置組成，平板架上裝置有電源和座位及控制裝置，推進(jìn)裝置是由連接于平臺上的三個小輪組成，每個小輪上各有一個驅(qū)動電機(jī)，分別與球殼內(nèi)部形成點(diǎn)接觸。在靜止和行駛過程中，球體重心始終低于球心，且車身質(zhì)量輕，慣性小，駕駛安全性高。該機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的越障功能，因為它的外殼是一個較大的圓球，在相同的障礙前比其它車子更能輕松的越過。本發(fā)明除過外界物體卡死的情況下，它在任何運(yùn)動狀態(tài)下都不會翻車。

當(dāng)系統(tǒng)的重心與球體的形心同在一條豎直線上時，則對球形機(jī)器人不產(chǎn)生力矩，靜止不動；啟動驅(qū)動電機(jī)，平板架的載著人運(yùn)動位置改變進(jìn)而使得系統(tǒng)的重心位置偏移。系統(tǒng)重心相對于地面形成一個力偶，驅(qū)動球殼在地面上運(yùn)動。剛起步時由于啟動力矩較大，所以可以同時啟動三個驅(qū)動電機(jī)，當(dāng)運(yùn)動起來后可以只啟動主驅(qū)動電機(jī)1，實現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)動，因為它的慣性所以耗能更小；需要減速時，電機(jī)1減速的同時可以同時驅(qū)動電機(jī)2和電機(jī)3使之反向運(yùn)動，由于摩擦力作用下，能夠使之更快速平穩(wěn)有效的降低速度直至所需狀態(tài)；加速時也同樣給定驅(qū)動電機(jī)2和3一定的同向速度加以實現(xiàn)。如果當(dāng)驅(qū)動電機(jī)2和3的速度不一樣時，即小輪2和小輪3一個同方向加速而另一個則反方向運(yùn)動，則小輪1會偏離原運(yùn)行的軌道，則進(jìn)行轉(zhuǎn)向，此時如果在使得驅(qū)動電機(jī)2和3的運(yùn)動狀態(tài)與上一運(yùn)動狀態(tài)剛相反時，又使得其狀態(tài)復(fù)位，從而使得球形機(jī)器人恢復(fù)直線運(yùn)動并且回到之前的運(yùn)動軌道上。因為是一種載人的球形機(jī)器人，所以要求在球殼上有一個開口，通過它進(jìn)入到里邊，而且在轉(zhuǎn)向后要保證其運(yùn)動軌道回復(fù)，因此通過小輪2和3的不同運(yùn)動狀態(tài)，使球體重心在左右方向上偏移從而實現(xiàn)球體的轉(zhuǎn)向控制。

為了使得球形機(jī)器人在運(yùn)動過程中底部平板架的平穩(wěn)性，在以平板架中心為基準(zhǔn)，在周圍以120夾角分別裝置如圖所示的帶有萬向輪的構(gòu)件以彈簧使其一端與平板架固連，另一端點(diǎn)分別與球殼接觸，因此在運(yùn)動過程中能夠起到緩沖作用使得運(yùn)動更加的平穩(wěn)。

如圖所示，1為球殼2為平臺上的帶有彈簧的萬向球，均勻分布3個，3和5分別為帶有電機(jī)（2）（3）的輪子，4為帶有驅(qū)動電機(jī)（1）的主輪，6為彈簧，7為位于球殼內(nèi)的底部平板架endprint

2 三維實體模型的建立及動力分析

球形機(jī)器人平面運(yùn)動系統(tǒng)為一個欠驅(qū)動系統(tǒng)，同時又是一個非完整系統(tǒng)。非完整系統(tǒng)可以用較小的驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制較多的自由度，有利于降低機(jī)器人的重量，最小轉(zhuǎn)彎半徑小于直徑，轉(zhuǎn)向靈活性高；車的重心人為控制，主動操作性強(qiáng)。

球形機(jī)器人系統(tǒng)分別在框架和電機(jī)的驅(qū)動下，改變球殼內(nèi)的重心方位，從而產(chǎn)生繞著地點(diǎn)的力矩，使球滾動。

2.1 直線運(yùn)動特性分析

如圖1中，假設(shè)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速為，則小輪與球殼接觸點(diǎn)的運(yùn)動速度為機(jī)器人中心點(diǎn)角速度球形機(jī)器人的角加速度為該球形移動機(jī)器人的直線運(yùn)動速度主要是由電機(jī)1的轉(zhuǎn)速所決定。運(yùn)用運(yùn)用拉格朗日方程求得電機(jī)1的輸出轉(zhuǎn)矩為：

其中，載人球形移動機(jī)器人的總質(zhì)量為M；球形機(jī)器人的角加速度為α1，球殼的密度為；球形機(jī)器人與接觸面的滾動摩阻系數(shù)為，只與相互接觸的兩個物體的硬度和濕度有關(guān)。由公式（2）可知，電機(jī)1的轉(zhuǎn)矩大小與球的總質(zhì)量M、外徑R、球殼的密度加速度α1成正比，與內(nèi)徑r成反比，即內(nèi)徑r越大則轉(zhuǎn)矩越小.因此在球形機(jī)器人的外徑一定的情況下，為了具有更高的加速度，球殼壁厚應(yīng)盡量薄且總重量盡量輕。

由以上分析，我們球殼選用亞克力材料透明質(zhì)輕，壁厚b=15 mm，小車球殼質(zhì)量80 kg，球殼內(nèi)各裝置的質(zhì)量25 kg設(shè)計承載能力70 kg，則小車的總質(zhì)量約為175 kg。

亞克力球殼與一般地面的摩擦f取 0.016，球殼在運(yùn)動中總體所受的阻力：

=175×9.8×0.016=27.44 N

當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動起來時，偏轉(zhuǎn)一個角度 時，轉(zhuǎn)動力矩則最小擺角（底部平板架與豎直方向的夾角）：

2.2 轉(zhuǎn)向運(yùn)動特性分析

轉(zhuǎn)彎半徑的大小是考量球形機(jī)器人躲避障礙物靈活性的一個重要因素，本結(jié)構(gòu)設(shè)計利用重心偏移輕松控制轉(zhuǎn)向，方便簡單而有效的解決了球體的轉(zhuǎn)向不可控的難題，而且有較小的轉(zhuǎn)彎半徑。

機(jī)器人包括兩大部分重量：一部分是重物負(fù)載的重量，即人的重量；另一部分是機(jī)器人其余部分的重量（包括兩個電機(jī)和球殼等），由于設(shè)計的對稱性，重心位于球形機(jī)器人的形心與水平面的垂線上。當(dāng)球形機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎時，如果底部平板架在電機(jī)2，3的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)角度時，該球形移動機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑為：

在理論上越大時，則該球形機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎速度更快、轉(zhuǎn)彎半徑更小，但在實際的工程實現(xiàn)中，由于本設(shè)計轉(zhuǎn)彎原理是利用重心偏移控制轉(zhuǎn)向，因此必須滿足≤，其中為其驅(qū)動時的最小擺角。由于該設(shè)計球殼半徑R=600 mm，所以使得該機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎速度更快、轉(zhuǎn)彎半徑更小。

2.3 機(jī)器人爬坡特性分析

球形機(jī)器人的爬坡能力主要是由主驅(qū)動輪的電機(jī)1來實現(xiàn)的，如圖2，假設(shè)球體受到電動機(jī)的輸出力矩為M1，相對球心的力矩為M，球形機(jī)器人在坡度為的斜面上爬坡，將其運(yùn)動時在整體負(fù)載情況下看做是一質(zhì)點(diǎn)，其受重力為G，球殼半徑為R，斜坡與球殼之間摩擦力足夠大，球殼與地面間只做純滾動，球形機(jī)器人與接觸面的滾動摩阻系數(shù)為（單位 mm），各力對球心的力矩平衡方程為：

可得爬坡角度：

由此得出，在球形機(jī)器人總負(fù)載不變的情況下，電機(jī)輸出力矩越大，球殼半徑越小，爬坡角度越大，滾動摩擦系數(shù)u與地面情況等因素有關(guān)。

3 ADAMS運(yùn)動仿真

虛擬樣機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，為此項工作提供了很好的研究手段。該技術(shù)將各種不同的學(xué)科門類的技術(shù)集于一體，在計算機(jī)上進(jìn)行整體系統(tǒng)的完整數(shù)字化分析，并提供各種可能的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。隨著計算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計方法的不斷改進(jìn)完善，建立球形機(jī)器人虛擬樣機(jī)是可行的。但由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，為建模帶來較大難度。為此，在研究和分析的基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件剛性差異較大的特點(diǎn)，提出了基于剛?cè)狁詈戏椒?、基于多種軟件的球形機(jī)器人虛擬樣機(jī)建模技術(shù)。借助成熟的、可靠的現(xiàn)有軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），ANSYS，Pro/E（Pro/Engineering）進(jìn)行整機(jī)系統(tǒng)建模建立與仿真，可避免對模型的大量簡化而引起的結(jié)果誤差[7]。建立虛擬樣機(jī)。

運(yùn)動動力是依靠驅(qū)動電動機(jī)改變自身重心位置和外界摩擦力提供，與地面之間為純滾動摩擦。機(jī)器人先加速運(yùn)動，摩擦力瞬間由靜摩擦變?yōu)閯幽Σ粒铀贂r，擺角大于0，球體重心偏前，摩擦力大于0。減速時，擺角小于0，球體重心偏后，摩擦力小于0，球體與地面間為純滾動摩擦.如圖5為球形機(jī)器人角速度曲線，通過控制輪子的運(yùn)動來實現(xiàn)球殼的運(yùn)動姿態(tài)。通過建立模型仿真，實驗結(jié)果模型能夠在ADAMS中實現(xiàn)位移仿真，說明其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理可行，為電機(jī)的控制提供重要參數(shù)。

4 結(jié)構(gòu)的有限元分析

ANSYS調(diào)用生成有限元分析中力的邊界條件，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評估分析和研究；這樣便可得到基于精確動力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果，提高計算精度。

由于ansys的造型功能較弱，可以選擇其他造型功能強(qiáng)大的CAD軟件建造模型。本設(shè)計是通過UG軟件造型，待完成后，然后導(dǎo)入ansysworkbench求解分析。

4.1 靜力學(xué)求解過程

（1）建立有限元模型，設(shè)置材料特性。 （2）對于組建需要定義接觸區(qū)域。（3）定義網(wǎng)格控制并劃分網(wǎng)格。（4）施加載荷和邊界條件。（5）對問題進(jìn)行求解。（6）進(jìn)行結(jié)果評價和分析（結(jié)果后處理）。

4.2 底部連接板的優(yōu)化與設(shè)計

在設(shè)計過程中，選擇鋼作為主體材料，重力默認(rèn)向下。如圖3底部構(gòu)件受應(yīng)力分析，局部結(jié)構(gòu)安全性差，在整體框架上是比較薄弱的結(jié)構(gòu)，影響整體剛度，通過分析對其尺寸結(jié)構(gòu)尺寸厚做適當(dāng)調(diào)整。

可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用ANSYS軟件來對構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力分析有一定的實用性和科學(xué)性，它具有方便簡單、精準(zhǔn)度高等特點(diǎn)，它分析所得數(shù)據(jù)是可靠而有效的，通過應(yīng)力分析能夠得到構(gòu)件在運(yùn)動過程中不同部分所承受應(yīng)變的大小，在在構(gòu)件的設(shè)計方面具有十分重要的意義。endprint

5 結(jié)語

在本文中，結(jié)合使用UGNX和ADAMS，建立了一種具有穩(wěn)定平臺的載人球形機(jī)器人的三維模型，實現(xiàn)了一種能載人的球形機(jī)器人的設(shè)計，并且具有轉(zhuǎn)向性，載人性和球殼的透明使得其更易操控，滿足特殊環(huán)境下的探測具有很大的應(yīng)用價值，運(yùn)用虛擬樣機(jī)，結(jié)合實例，通過球形機(jī)器人的運(yùn)動仿真分析，有限元分析，驗證了所提方案滿足設(shè)計要求，為物理樣機(jī)的研制提供了重要的依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計費(fèi)用，保證了方案的設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 李團(tuán)結(jié)，朱超.一種具有穩(wěn)定平臺可全向滾動的球形機(jī)器人設(shè)計與分析[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報，2006，33（1）：53-56.

[2] 肖愛平，孫漢旭，譚月勝，等.一種球形機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃與控制[J].機(jī)器人，2004，26（5）：444-447，460.

[3] 李團(tuán)結(jié)，朱超.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的球形機(jī)器人運(yùn)動仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2006，18（4）：1026-1029.

[4] 孫漢旭，肖愛平，賈慶軒，等.二驅(qū)動球形機(jī)器人的全方位運(yùn)動特性分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2005，31（7）：735-739.

[5] 李團(tuán)結(jié)，蘇理，張琰.直線電機(jī)驅(qū)動的全向滾動球形機(jī)器人的設(shè)計與分析[J].機(jī)械設(shè)計與研究，2006，22（4）：46-48，52.

[6] 林杰，芮延年，周國梁，等.一種全方位球形機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分析[J].蘇州大學(xué)學(xué)報：工科版，2005，25（4）：71-73.

[7] 張亞歐.ANSYS7.0有限元分析實用教程[M].清華大學(xué)出版社，2004，7.

[8] 岳明，劉榮強(qiáng)，鄧宗全.庫侖摩擦力對球形機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)影響的分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，39（7）：1050-1053.

[9] 鄧宗全，岳明.球形機(jī)器人的發(fā)展概況綜述[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2006（3）：27-31.

[10] Rust I.C.， and Asada H. H.. The eyeball ROV：Design and control of a spherical underwater vehicle steered by an internal eccentric mass[C].IEEE International Conference on Robotics and Automation，Shanghai，China，2011：5855-5862.

[11] Loh R.N.，and Karsiti M..Observer-based nonlinear control of depth positioning of a spherical underwater robotic vehicle[C].4th International Conference on Intelligent and Advanced Systems，Kuala Lumpur，Malaysia，2012： 519-525.

[12] 劉大亮，孫漢旭，賈慶軒，等.球形巡檢機(jī)器人的動態(tài)平衡控制[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報，2008，31（6）：54-57.endprint

5 結(jié)語

在本文中，結(jié)合使用UGNX和ADAMS，建立了一種具有穩(wěn)定平臺的載人球形機(jī)器人的三維模型，實現(xiàn)了一種能載人的球形機(jī)器人的設(shè)計，并且具有轉(zhuǎn)向性，載人性和球殼的透明使得其更易操控，滿足特殊環(huán)境下的探測具有很大的應(yīng)用價值，運(yùn)用虛擬樣機(jī)，結(jié)合實例，通過球形機(jī)器人的運(yùn)動仿真分析，有限元分析，驗證了所提方案滿足設(shè)計要求，為物理樣機(jī)的研制提供了重要的依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計費(fèi)用，保證了方案的設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 李團(tuán)結(jié)，朱超.一種具有穩(wěn)定平臺可全向滾動的球形機(jī)器人設(shè)計與分析[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報，2006，33（1）：53-56.

[2] 肖愛平，孫漢旭，譚月勝，等.一種球形機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃與控制[J].機(jī)器人，2004，26（5）：444-447，460.

[3] 李團(tuán)結(jié)，朱超.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的球形機(jī)器人運(yùn)動仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2006，18（4）：1026-1029.

[4] 孫漢旭，肖愛平，賈慶軒，等.二驅(qū)動球形機(jī)器人的全方位運(yùn)動特性分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2005，31（7）：735-739.

[5] 李團(tuán)結(jié)，蘇理，張琰.直線電機(jī)驅(qū)動的全向滾動球形機(jī)器人的設(shè)計與分析[J].機(jī)械設(shè)計與研究，2006，22（4）：46-48，52.

[6] 林杰，芮延年，周國梁，等.一種全方位球形機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分析[J].蘇州大學(xué)學(xué)報：工科版，2005，25（4）：71-73.

[7] 張亞歐.ANSYS7.0有限元分析實用教程[M].清華大學(xué)出版社，2004，7.

[8] 岳明，劉榮強(qiáng)，鄧宗全.庫侖摩擦力對球形機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)影響的分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，39（7）：1050-1053.

[9] 鄧宗全，岳明.球形機(jī)器人的發(fā)展概況綜述[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2006（3）：27-31.

[10] Rust I.C.， and Asada H. H.. The eyeball ROV：Design and control of a spherical underwater vehicle steered by an internal eccentric mass[C].IEEE International Conference on Robotics and Automation，Shanghai，China，2011：5855-5862.

[11] Loh R.N.，and Karsiti M..Observer-based nonlinear control of depth positioning of a spherical underwater robotic vehicle[C].4th International Conference on Intelligent and Advanced Systems，Kuala Lumpur，Malaysia，2012： 519-525.

[12] 劉大亮，孫漢旭，賈慶軒，等.球形巡檢機(jī)器人的動態(tài)平衡控制[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報，2008，31（6）：54-57.endprint

5 結(jié)語

在本文中，結(jié)合使用UGNX和ADAMS，建立了一種具有穩(wěn)定平臺的載人球形機(jī)器人的三維模型，實現(xiàn)了一種能載人的球形機(jī)器人的設(shè)計，并且具有轉(zhuǎn)向性，載人性和球殼的透明使得其更易操控，滿足特殊環(huán)境下的探測具有很大的應(yīng)用價值，運(yùn)用虛擬樣機(jī)，結(jié)合實例，通過球形機(jī)器人的運(yùn)動仿真分析，有限元分析，驗證了所提方案滿足設(shè)計要求，為物理樣機(jī)的研制提供了重要的依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計費(fèi)用，保證了方案的設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 李團(tuán)結(jié)，朱超.一種具有穩(wěn)定平臺可全向滾動的球形機(jī)器人設(shè)計與分析[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報，2006，33（1）：53-56.

[2] 肖愛平，孫漢旭，譚月勝，等.一種球形機(jī)器人運(yùn)動軌跡規(guī)劃與控制[J].機(jī)器人，2004，26（5）：444-447，460.

[3] 李團(tuán)結(jié)，朱超.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的球形機(jī)器人運(yùn)動仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2006，18（4）：1026-1029.

[4] 孫漢旭，肖愛平，賈慶軒，等.二驅(qū)動球形機(jī)器人的全方位運(yùn)動特性分析[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2005，31（7）：735-739.

[5] 李團(tuán)結(jié)，蘇理，張琰.直線電機(jī)驅(qū)動的全向滾動球形機(jī)器人的設(shè)計與分析[J].機(jī)械設(shè)計與研究，2006，22（4）：46-48，52.

[6] 林杰，芮延年，周國梁，等.一種全方位球形機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分析[J].蘇州大學(xué)學(xué)報：工科版，2005，25（4）：71-73.

[7] 張亞歐.ANSYS7.0有限元分析實用教程[M].清華大學(xué)出版社，2004，7.

[8] 岳明，劉榮強(qiáng)，鄧宗全.庫侖摩擦力對球形機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)影響的分析[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，39（7）：1050-1053.

[9] 鄧宗全，岳明.球形機(jī)器人的發(fā)展概況綜述[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2006（3）：27-31.

[10] Rust I.C.， and Asada H. H.. The eyeball ROV：Design and control of a spherical underwater vehicle steered by an internal eccentric mass[C].IEEE International Conference on Robotics and Automation，Shanghai，China，2011：5855-5862.

[11] Loh R.N.，and Karsiti M..Observer-based nonlinear control of depth positioning of a spherical underwater robotic vehicle[C].4th International Conference on Intelligent and Advanced Systems，Kuala Lumpur，Malaysia，2012： 519-525.

[12] 劉大亮，孫漢旭，賈慶軒，等.球形巡檢機(jī)器人的動態(tài)平衡控制[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報，2008，31（6）：54-57.endprint