随着科技高速发展,智能机器人已经被应用到人们生活中的各个方面,几乎渗透工业、农业、军事、医疗等各大领域。智能机器人具有一定的自我判断和决策能力,一些重复性的工作逐渐被智能机器人取代。如工业机器人,机械臂等便可以代替工厂中流水线很多环节的人力工作。而移动机器人是机器人中一个重要研究方向,它最主要的特点就是能够自主移动。移动机器人的移动方式多种多样,有类似坦克的履带式,有类似人腿的腿式,也有类似车轮的轮式移动机器人。本文研究的是一种单球轮式移动机器人,与具有两个轮子的倒立摆(例如Segway Human Transporter)不同,球的倒立摆可以在任何方向上横向移动而不改变其姿态,从而实现稳定的运动,这种机器人可以用于代替两轮机器人,实现自我平衡运动,这种机器人还可以通过在开发原型之后改变控制增益来应用于运输。本文提出的球上平衡移动机器人由主体,万向轮,三组步进电机以及球轮组成。万向轮和电机之间没有传送带或者齿轮,而是直接连接,这样可以减少中间环节的摩擦和力矩损失。机器人装配了MPU6050模块用来进行姿态测量,它由16位微控制器控制,并运行在镍氢电池上。论文在惯性导航理论以及四元数融合等理论的基础上,建立完整的球车系统模型,实现了对球上小车的平衡控制。未来,我们的目标是能对球上平衡移动机器人进行遥控控制,提高机器人的稳定性和负载能力,给机器人附加多种服务功能,并使多个机器人进行协同运动。在本文中,通过控制移动机器人平衡运动,掌握了移动机器人平衡控制相关方面的技术和理论,具有一定的理论和现实意义。