1.4 球形机器人研究的核心问题

从国内外的研究现状可以看出，球形机器人作为一种较新颖的机器人，与传统的机器人相比具有结构简单、控制容易、可实现全方位运动等特点。球形机器人的驱动方式分为外驱动和内驱动两大类。

几十年来，国内外的众多研究者致力于内驱球形机器人的研究，提出了多种内驱球形机器人的驱动方案，这些驱动方案可归纳为改变质心驱动和基于角动量守恒定律驱动两类。然而，已有的结构设计存在较多的不足，运动学建模和动力学建模的研究也较少，没有建立起成熟的控制策略，有关球形机器人的研究还存在若干问题有待进一步研究和深入探讨，具体包括以下几个方面。

（1）新型驱动原理的研究。国内外球形机器人研究提出了多种球形机器人机构，驱动方式分别采用单轮、小车、沿辐条轴向运动的配重等，其中大部分机构不能真正实现球形机器人的全方位运动，控制也非常复杂。因此开发更为有效的新型球形机器人驱动原理十分重要。

（2）运动柔顺性、稳定性的研究。包括对机构设计、内部构件运动学、动力学、行走方式、控制规律等方面进行研究。

（3）运动能力、行走特性的研究。包括对全方位行走、转弯半径、爬坡能力等方面进行详细分析研究。

（4）球形机器人运动路径规划、避障能力的研究。主要是对球形机器人规划路径运动的精度以及在特殊的工作环境下的避障能力的研究。

（5）球形机器人仿真研究。由于球形机器人结构特殊、控制较复杂，难以实现所有方案的实验验证，因此，基于虚拟样机对球形机器人的部分性能进行仿真实验研究。

（6）球形机器人控制策略的研究。目前很多控制方面的问题有待优化和解决。

另外，球形机器人是一个自治系统，所需的能源必须由自身提供。机器人携带能源的多少决定着机器人的一次工作寿命。