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球形机器人研究状况文献综述

机器人作为一种能够主动执行任务的机器，备受人们青睐。科学技术近百年的发展，使得机器人成为事实，其使用越来越普遍，在自动化领域机器人取得了很大成就，在智能化方向也到达了较高水平。机器人作为新生代的力量，在生产和生活中具有很大的影响。

近年来，由于机器人行业的进步，人们的各方面水平有所改善，收获了很大经济价值，促进了社会的革新和发展。目前，在机械以及电子领域，机器人的大批量的使用让我们生产的流程工序更加简洁和智能，显著的提高了消费的利润，降低了本钱。同时，作为智能领域的前锋的工业机器人，正在从汽车制造不断向建材、食品、物流、机械乃至航空、船舶、航天制造等领域渗透，从而带动相关企业与产业发展。机器人按照功能的差异可分为移动、人机、操作、球形以及信息机器人等；按照其用途大致分为农业、工业、军用机器人以及服务机器人，而球形机器人作为新时代的新生课题，备受科学家的关注。

1996年，AarneHalme创新的设计出了一种球形的作用机构REF_Re\r\h[3]。机构是经过壳内驱动单元的作用完成球体的运动进而使得球体的重心发生变化，以此来实现运动。虽然它可以完成球体的转动，但是因为制造驱动轮本身附属的局限性，它无法实现球体全向的滚动。同年，Ferriere他们利用了一类的轮驱动形式的球体，完成了机器人的作用，然而这种思想只更换了驱动的形式，在其它方面没有很大的创新REF_Re\r\h[39]。1997年，AntonioBicchi等人把一辆小车安装在球壳里，将AarneHalme使用的驱动轮作为主要的动力设备进行替代，即利用移动质量块来实现重心改变REF_Re\r\h[41]。

上述所示的计划有个公共的缺点：球形机器人完成不了全方向的滚动，其球壳内的驱动设备不属于完好的控制系统，同时壳体的运动也不是完整的，整个装置设备的模型设计非常繁乱，因而对系统的控制管理以及其路径规划也特别复杂。

2000年，Agrawal等人推出了又一种滚动的机器人的方案REF_Re\r\h[38]。他们采用两个半球壳，球壳内部分别利用两个直流电机对两个相互垂直的转盘进行控制。经过调整电机的转速以此来操控球体的作用的方向以及它的速度与加速度。这种设计思路基本上能够完成球体的全方向滚动。2002年，Javadi等人开发了又一种可以全向运动的球形机器人REF_Re\r\h[36]。它的关于球形机器人改变配置的这种设计思维，也总体能够满足球体的全方位的滚动，然而机器人因为其构造的原理，会具备大体积的外观。2004年，西电的师生对Javadi等人的项目进行了一些改良，使用了一种步进电机设备，同时把电机当成驱动器以及配重体，完成了对机器自身的体积的优化，使得其构造更紧凑REF_Re\r\h[28]REF_Re\r\h[30]REF_Re\r\h[32]。

美国学者BrianChemel等人设计了一种新颖的利用机械方案机器人REF_Re\r\h[40]。这种机器人可以实现绕竖直轴的转动,另外还可以实现绕固定的水平轴的前后滚动。这种球形机器人的构造紧凑，行动灵便，具有比较小的体积,可以被使用于勘察。

2004年，北邮、北航的肖爱平等人翻新的提出了一种有关球形机器人的设计计划REF_Re\r\h[23]REF_Re\r\h[33]REF_Re\r\h[34]。计划通过两个伺服电机来设计，将其作为配重体以及能源的输入设备。电机通过齿轮之间的啮合和其轮系传动从而实现球体运动的驱动，以此可以实现绕轴的转动，经过电机之间的彼此配合便可以使得球体全方位的滚动。

综上所述，尽管国内外的球形机器人都取得了相当的进步，获得了一定的科研成绩，然而很多关于机器人的研究仍然处于萌芽的阶段，理论还不够成熟，进入实际的使用以及广范围应用还需要各位学者以及我们大家的探索和进一步的努力。

参考文献

范浩,徐龙,赖福明,蔡文广,吕明泽,李媛.基于STM32和MPU6050的姿态控制系统[J].电子元器件与信息技术,2020,(02):74-75+86.

徐夏怡,宫瑶,李玉衡,姚磊,易映萍.基于MPU6050和步进电机的高精度转动控制