随着机器人技术的迅速发展和自动化程度的进一步提高,人们对机器人的功能提出了更高的要求,特别是需要各种具有不同程度智能的机器人和机器人化装置。球形机器人就属于这样一种新型的智能机器人,其最大的特点是运动方式特殊。球形的外壳将使机器人能在失稳后获得最大的稳定性,因此不怕翻倒,并且能实现全向滚动。目前球形机器人基本上还处于试验研究阶段,有很多因素制约着球形机器人进入实际应用领域,其中最重要的一个因素就是目前的球形机器人内部没有一个相对稳定的仪器或设备搭载平台。为此,本论文对具有稳定平台的全向滚动球形机器人进行了研究。本文首先介绍了球形机器人的发展概况,在总结前人经验的基础上,针对目前制约球形机器人应用的稳定平台问题,通过应用系统动量矩守恒原理和改变机器人重心的方法,设计了两种具有稳定平台的全向滚动球形机器人装置。基于广义欧拉角和非完整约束,建立了这两种球形机器人的运动学模型,编制了运动分析程序,研究了该两种机器人的几种典型的运动情况并进行了计算机仿真。然后运用微分几何控制理论研究了第一种方案机器人的轨迹规划算法,通过规划两台直流伺服电机的运动序列,实现球形机器人的各种轨迹和姿态。最后,运用ADAMS软件进行了第一种方案机器人的虚拟样机设计并对系统进行了动态仿真,验证了内置平台的稳定性。