前言

近年来，球形机器人成为机器人领域的研究热点之一。球形机器人具有球形外壳，所有机械结构、控制器件和能源供给部件均密封在球壳之内。球形机器人具有摩擦小、耗能低、结构紧凑、空间利用率高、密封性好、防尘、防震、不易跌倒、可以实现全向滚动等优点。与传统的移动机器人，如轮式、脚式和履带式机器人等相比，球形机器人具有良好的发展潜力，在军事、交通、监控、搜救、娱乐等领域具有广泛的应用前景。

本书研究以山东省自然科学基金项目“射流驱动球形机器人的研究（2009ZRA01105）”、泰安市科技发展计划项目“球形机器人射流驱动原理及产品开发研究（20083002）”、泰安市科技发展计划项目“环境探测球形机器人科研平台的构建（201320629）”、泰安市科技发展计划项目“电磁驱动球形机器人动力性能研究（2020ZC313）”、泰山学院引进人才科研启动基金项目“球形机器人驱动原理及仿真研究（Y-01-2013010）”为依托，在充分借鉴国内外球形机器人研究经验的基础上，提出了几种新型的球形机器人驱动方案。与目前国内外出现的所有驱动原理相比，其结构十分简洁、可靠性高、运动灵活性好、运动控制易于实现、响应速度快、适用范围广，且能实现真正意义的全向性驱动，对球形机器人的驱动原理可产生较大的推动作用。同时，在球形机器人的控制策略方面，基于自适应的“滑模控制”方法，建立可行的控制算法，在保证球形机器人优点的同时，减少球形机器人的“抖动”，这些工作包括控制算法的实现、虚拟样机的研究、模拟仿真实验、无线通信的实现等。

泰山学院球形机器人科研创新团队从研制球形机器人结构和控制原理着手，研制了“电磁驱动”和“流体驱动”全方位运动球形机器人，克服了现有球形机器人驱动机构的不足；对球形机器人驱动方式、运动性能、机构合理性、控制策略等进行了深入的理论研究和实验研究，形成了一个新的研究方向，构建了较为完善的球形机器人科研创新平台；研究成果被泰安市机器人协会、山东万里行电子商务有限公司等单位采纳并进行了广泛推广，取得了较好的经济效益和社会效益。期望本书的研究成果能起到抛砖引玉的作用，对广大有志于该领域研究的同仁有所借鉴和启发。同时，也期望得到专家、学者的指导和建议，并敬请对本书的不足和疏漏之处批评指正。

著者

2022年3月