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第 卷第 期
17 1 机电产品开发与创新 Vol.17,no.1
·开发与创新·
年 月 DeveIopment Innovation of machinery eIectricaI products
2004 1 Jan.,2004
一种球形机器人的设计与原理分析
! ! !
肖爱平 ，孙汉旭 ，廖启征 ，谭月胜
（北京邮电大学 自动化学院 信箱，北京 北京航空航天大学 机器人研究所，北京 ）
1. 191 100876; 2. 100083
摘 要：本文中的球形机器人是一种非完整系统，它利用两个电机作为动力输入，通过改变配重重心的位
置实现了球形机器人沿任意方向的运动，包括原地的自转，并且具有一定的爬坡能力。由于其具
有特殊的灵活性，它可以应用于各种不同的场合。本文简要介绍了该球形机器人的机械设计原理
和相关的基本运动原理分析。
关键词：球形机器人；非完整系统
中图分类号 文献标识码 文章编号： （ ）
: TP242 : A 1002-6673 2004 01-014-03
人的机构简单，重量减轻，运动学、动力学的分析和控
0 引言
制相对简单，增加了系统运行的可靠性。
球形机器人具有运动全向性的特点，是一种非完整
1 系统结构
系统。其优势在于它有可能使用较少数目的动力输入来
控制较多数目的约束。它既能像轮式机器人一样，具有 球形机器人包括内外两层结构，如图 所示。
1
快速行走的性能和大的承载能力，又能像步行机器人一 图 1 中
样，适应崎岖不平的地面；同时结构相对简单，减小系 电机 、 和
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统的重量和花费，增加系统可靠性。球形机器人的研究 齿轮 10 、11
目前开展得并不广泛，只有少数论述涉及到这方面的设 构成配重，球
计和研究。 形机器人的主
1996 年 ， HeIsinki University of TechnoIogy 的 要工作原理就
Aarne HaIme, Jussi SuomeIa, Torsten Sch?nberg and Yan 是通过不断的
Wang [1] 首次设计了一种球形机器人。设置一个单轮在 调节和改变配
球内滚动，采用电机内驱动单轮装置，这种设计实现了 重 的重 心位
图 球形机器人结构简图
球壳的运动，但由于单轮驱动的固有局限性，它无法实
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