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针对球形机器人直线运动控制问题，设计了一种分级滑模控制器。在基于拉格朗日方程推导出球形机器人爬坡运动的动力学方程后，考虑机器人在水平面上做直线运动的情况。在分析了重摆驱动电机动态特性的基础上，将该动力学方程在平衡摆角处线性化并经过状态变换后，最终得出机器人直线运动的状态空间模型。结合该状态空间模型特点，本文给出了总控制量的具体形式。最后从理论上证明了系统各滑动面的稳定性，并通过仿真验证了该控制器的有效性。