题目：野外环境探测球形机器人系统研究

球形机器人的壳体呈球形或者类球形，前进、后退、转向等运动一般通过重心偏移、角动量守恒、摩擦力传动等实现。一般在球形机器人内部安装多种探查功能的传感器和执行器，用以执行特殊任务。由于球形机器人多为内驱动系统，且能量利用率较低等，这导致其越障性能很差，不能适应凹凸不平的地面、草地、雪地、沙地等实际的野外地形环境，严重阻碍了球形机器人在实际中的应用和发展。为此本文提出一种野外环境探测变形球形机器人，该机器人初始状态为球形，方便携带和运输，运动时可变形为轮爪式机器人，能够适应野外恶劣的地形条件，并通过内置传感器采集环境的图像和声音等信息实时回传给操作者，完成任务后可手动辅助变形为球形机器人。

在研究过程中，本文采取了如下四个步骤组成的研究路线：方案选取与机构设计、理论分析与仿真、控制系统设计以及样机试验。

首先本文研究了近年来球形机器人领域的研究成果，对各不同驱动方式进行了分类，对各驱动方式的典型球形机器人进行了结构分析，并指出了它们的优缺点。在此基础上本文提出了五种用于野外环境探测的球形机器人方案，并最终选择了变形球形机器人的方案。基于该方案，本文对机器人的结构进行了详细的设计，包括变形结构、运动组件、连接组件、可弹出尾轮以及缓冲设计等。

然后在此设计的基础上，对球形机器人进行了运动学分析、动力学分析、力学分析以及ADAMS仿真分析。并在Matlab、ADAMS软件环境中对变形球形机器人进行了建模，对影响变形、前进、后退、转向、越障、爬坡等性能的参数进行了研究，最后验证了各个参数对变形球形机器人运动性能的影响。

接下来本文提出了整体控制方案，并在这个方案的基础上，进行了具体的硬件电路和软件设计。

最后对变形球形机器人样机进行装配、调试，并进行各项性能试验。这些试验包括：球形机器人变形试验、机器人直线运行性能试验、机器人原地转向性能试验、机器人爬坡性能试验、垂直越障性能试验。从实验中发现变形球形机器人样机设计中存在的问题，为以后的研究和设计提供了解决思路。