球形机器人是一种以球形或近似球形为外壳的独立运动体,它在运动方式上以滚动为主。由于球形机器人具有的外壳和运动形式的特殊性,使其与我们熟知的轮式或轨道式以及类人机器人相比较,具有能在失稳后获得最大的稳定性,可以实现全向滚动,能够更加灵活转弯等诸多优点。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,其中一个重要的因素就是目前球形机器人没有一种好的运动规划方法。本文所研究的球形机器人具有了内部的稳定平台,可以实现全向滚动。主要对该球形机器人进行运动规划方面的研究。本文首先介绍了一种高效的进化算法——粒子群优化算法的基本原理实现方法以及目前的主要应用情况。分析了粒子群优化算法易发生早熟和局部收敛的问题,介绍了一种基于反馈策略的改进PSO算法。通过对两个函数的仿真结果表明改进的PSO算法能够有效地避免PSO算法的早熟收敛问题,而且具有较高的收敛速度。针对这一非完整的球形机器人系统,首先将它的运动微分方程转变为一个无漂移的仿射非线性控制系统,根据其控制矢量张成的分布不对合,表明了该球形机器人是完全非完整的。根据李代数的能控性秩条件,证明了该球形机器人是非线性可控的。然后讨论了球形机器人非完整运动规划的最优控制问题。根据最优控制原理和优化技术,提出了基于粒子群优化算法的连续控制运动规划数值算法。并采式并采用两种不同的连续函数输入形式作为电机的转动控制输入实现球形机器人的运动规划问题。仿真结果表明,该方法对于球形机器人的非完整运动规划是有效的,经过对比表明,使用二次多项式作为球形机器人电机输入形式能够实现更好的控制效果。