摘要：为提高欠驱动的球形机器人在低速运动时的稳定性,提出一种安装高速旋转飞轮的球形机器人。该机器人的机械结构主要由球形外壳、内框、长轴电动机、短轴电动机和旋转飞轮构成。给出该机器人的简化模型和结构参数。在运动学分析的基础上,采用带约束的拉格朗日方程建立该机器人的动力学模型,并对该动力学模型进行简化。模型分析结果表明：飞轮高速旋转产生的陀螺效应可减弱外界干扰力矩的影响,保证球形机器人在低速运动时航向角的稳定性。在塑胶跑道上进行直线定位运动试验,当飞轮高速旋转时,与飞轮停止时相比,机器人运动过程中的航向角偏差和航向角速度波动减小,运动结束时机器人中心偏离直线的位移减小。试验结果证明了该设计的有效性。

关键词：球形机器人 飞轮 动力学模型 运动稳定性 

单位：北京林业大学工学院 北京100083 北京邮电大学自动化学院 北京100876