球形机器人是一种新型的智能机器人,其特殊的运动方式,不怕翻倒,在失稳后也可以获得很大的稳定性。本文所研究的球形机器人已经具有了内部稳定平台,可以实现全向滚动,本文主要对该球形机器人进行运动规划和控制方面的研究。首先介绍了球形机器人的发展状况,在了解前人研究领域的基础上,应用微分几何控制理论,对此角动量守恒的球形机器人的非完整性和非线性可控性进行了研究。然后,对一种基于微分几何控制理论的分段定常控制的运动规划方法进行了优化,并应用到避障研究中。先运用连续正弦控制来等效取代基于微分几何控制理论得出的26段定常控制,来实现球形机器人的运动规划。考虑到该球形机器人的结构特点,将位置的粗调和位形的精调相结合,提出了一种优化的三段式运动规划策略,在仿真中可以看出其功耗较低。最后将该方法应用到环境已知的避障规划研究中,实例仿真结果证明了本方法的有效性。基于运动规划得出的控制输入,就可以实现球形机器人的运动控制。本文对球形机器人主要的软硬件进行了设计。运用ARM7核的LPC2210处理器设计了球形机器人的硬件系统原理图;结合μC/OS-II嵌入式实时操作系统,编制了下位机软件;详细描述了球形机器人监控软件的系统设计,并运用LabVIEW编制了相应的软件。最后,对球形机器人电机的转速控制进行了研究,应用PID控制进行直流电机的转速控制,并将模糊算法应用到PID参数自整定当中,通过LabVIEW和Matlab的混合编程,完成了球形机器人的模糊PID参数自整定系统软件,给出了相关的运行仿真结果。