球形机器人具有结构紧凑、运动灵活和在滚动过程中不会翻倒等优点,在国防、工业和行星探测等领域都具有十分广阔的应用前景。球形机器人在实际应用中不可避免地会遇到爬坡问题,爬坡能力已经成为衡量球形机器人运动性能的重要指标之一。另一方面,球形机器人在滚动过程中,机器人的球壳与运动平面之间具有近似点接触的特点,从而使其运动控制问题成为球形机器人研究的理论和技术难点之一。因此,本文深入地研究了一种球形机器人的坡面运动的动力学与控制问题,主要的研究内容如下：1.针对球形机器人坡面运动的两种运动形式,分别建立了球形机器人坡面运动的平面动力学模型和空间动力学模型。采用拉格朗日方法,推导了球形机器人爬坡运动的动力学方程,在此基础上分析了球形机器人爬坡运动的平衡条件并建立了系统的状态空间模型；利用受约束的拉格朗日方程,建立了球形机器人滚动球壳的空间动力学模型和球形机器人坡面运动的多体动力学模型,并在此基础上分别推导了系统的状态空间方程。2.基于建立的平面动力学模型,在坡面倾斜角度已知的条件下,研究了球形机器人爬坡运动的位置控制和速度控制问题。针对球形机器人爬坡运动的位置控制问题,分别提出了基于自适应解耦滑模控制方法和自适应分级滑模控制方法的位置控制策略；针对球形机器人爬坡运动的速度控制问题,提出了一种基于自适应分级滑模控制方法的速度控制策略；对提出的各位置和速度控制策略,分别进行了稳定性分析、仿真和实验验证。3.基于建立的平面动力学模型,在坡面倾斜角度未知的条件下,研究了球形机器人爬坡运动的位置控制问题,并分别提出了基于自适应神经网络滑模控制方法和自适应模糊滑模控制方法的位置控制策略；对提出的各位置控制策略,分别进行了稳定性分析、仿真和实验验证。4.基于滚动球壳的空间动力学模型,在坡面倾斜角度未知的条件下,研究了球形机器人坡面运动的定点控制问题,并分别提出了基于自适应反演滑模控制方法和模型参考自适应滑模控制方法的定点控制策略；对提出的各定点控制策略,分别进行了稳定性分析、仿真和实验验证。5.基于滚动球壳的空间动力学模型,研究了球形机器人坡面运动的轨迹跟踪问题,并分别提出了基于输入输出反馈线性化方法和自适应滑模控制方法的轨迹跟踪策略；对提出的各轨迹跟踪策略,分别进行了稳定性分析、仿真和实验验证。6.基于滚动球壳的空间动力学模型,研究了球形机器人坡面运动的路径跟踪问题,并分别提出了基于输入输出反馈线性化方法和自适应滑模控制方法的路径跟踪策略；对提出的各路径跟踪策略,分别进行了稳定性分析、仿真和实验验证。