在移动机器人控制系统的设计中,由于理论和实际存在较大差别,控制工程师往往发现仿真结果难以直接应用于实际系统,工作效率较低,急需一个能观察算法实时性能的控制平台;为了满足移动机器人这个特殊的使用环境,该平台需具备小型化、无线控制的特点,而现有解决方案如dSPACE实时系统由于体积较大且不支持无线控制,无法满足使用要求。本论文借助快速控制原型的思想,设计制作了一个球型机器人控制平台。首先,完成机器人的软硬件配置,并制作系统各部分的代码生成模块;其次,建立机器人的仿真模型,利用仿真结果为实际调试提供参考;最后,通过实验对系统的传感器和执行机构进行调整,再完成整体平衡控制器的调试。论文的主要内容如下:(1)硬件平台设计。首先,根据系统要求从全局高度规划整个电气/机械系统;其次,完成机械结构的设计与组装;再次,配合机械架构对机器人的电气系统进行配置与改造,为发挥机电系统的全部潜力打下硬件基础。(2)软件平台设计。首先,介绍了软件的设计思想与整个控制平台的使用流程;其次,分别完成传感器、执行器的驱动程序开发;再次,利用S函数将驱动程序封装为代码生成模块。软件平台将硬件与MATLAB&Simulink环境相结合,实现了仿真与实际系统的无缝连接,使工程师能够方便快捷地观察控制算法与实际被控对象相连时算法的实际性能。(3)仿真模型建立。首先,采用传统机理建模的方法推导了机器人的拉格朗日方程,得到其动力学模型并进行简要分析;其次,重点介绍了机器人的物理建模过程与控制器的设计,仿真结果表明了控制器的有效性;最后,总结了机电系统物理建模过程中的注意事项。(4)实验验证。首先,通过姿态估计、电机调整、平衡调试三个实验展示了控制平台与实际系统实时交互的过程,体现了控制平台与外部物理世界相互作用的能力;其次,详细对比、分析了系统的仿真结果与实际曲线;最后,根据实际经验总结出正确看待理论仿真与实际调试的观点:理论仿真提供大致范围,实际经验确定具体细节。