球形张拉整体结构由6根杆、24根绳相互连接并形成稳定的空间结构,其中绳只承受拉力,杆只承受压力,其外观近似球形,因此称球形张拉整体结构。张拉整体结构最初只是以雕塑的形式出现在艺术领域,后来逐渐形成一定的研究体系,更多的作为一种新型空间结构出现在建筑领域。20世纪末,研究者们将张拉整体结构应用至生物学领域并做出突出贡献。近年来人们将张拉整体结构应用至机器人领域,通过对绳单元的长度或力进行控制,使整个结构完成特定的运动。本课题以球形张拉整体机器人为主要研究对象,首先对其进行找形,建立动力学建模并完成机器人滚动原理进行分析。其次得出滚动方向与绳单元长度的关系,采用遗传算法对机器人滚动步态进行优化。然后提出球形张拉整体机器人的“手动”控制以及方向控制仿真,最后完成机器人样机的制作以及实验验证。本文主要针对以下内容进行研究:本课题首先对球形张拉整体结构的构型进行描述,通过对非线性方程组的求解完成整个结构的找形。建立球形张拉整体机器人的动力学模型,采用重力矩作为机器人是否滚动的静态判断方法。其次根据结构拓扑关系将滚动步态分类,得出不同步态的实现与绳单元长度的关系。在不同绳单元驱动数目的条件下采用遗传算法分别对滚动步态进行优化,得到优化结果。然后根据滚动方向与绳单元长度的关系,采用“手动”控制的方式实现机器人的连续滚动,提出查表算法并实现机器人滚动方向的控制。最后完成球形张拉整体机器人样机驱动方式、电控系统以及结构的设计,搭建扭绳的数学模型并将其应用至机器人样机驱动并实现其连续滚动。