Ballbot ( eng. Ballbot ) er en mobil robot , der bruger et enkelt sfærisk hjul (dvs. en bold) til bevægelse, og konstant selvbalancerende på den både i bevægelse og i hvile [1] [2] [3] . Med et enkelt kontaktpunkt med overfladen bevæger ballbot sig lige så let i alle retninger, idet den er ekstremt adræt, adræt og naturlig i bevægelse sammenlignet med konventionelle landkøretøjer. Designet af pålidelige robotter med smal akselafstand med forbedret manøvredygtighed i trange, overfyldte og dynamiske miljøer (såsom smalle korridorer og rum fyldt med mennesker i bevægelse) er blevet muligt takket være udviklingen inden for emnet dynamisk stabilitet i moderne kontrolteori .
Historisk set er bevægelige robotter designet til at være statisk stationære, hvilket resulterer i energibesparelser, når robotten står stille. Dette opnås normalt ved at bruge tre eller flere hjul fastgjort til platformen. Robotter bygget efter denne model er ofte ustabile i bevægelse, hvilket kan kompenseres for af en meget bred akselafstand og lavt tyngdepunkt . Dette begrænser i høj grad brugen af sådanne robotter i et normalt miljø i nærværelse af mennesker, hvor ikke kun brugergrænsefladen skal være placeret i en tilgængelig højde, men også robottens mobilitet er hæmmet af smalle passager, tilstedeværelsen af en stor antal forhindringer, inklusive mennesker. Derfor er flerhjulede strukturer dårligt tilpasset til at arbejde under hurtigt skiftende forhold blandt flyttende mennesker. Flerhjulede robotter kan ikke øjeblikkeligt ændre retning og kan heller ikke dreje uden at flytte sig fra deres plads [4] .
Ballbots løser ovenstående problemer ved at bruge et enkelt sfærisk hjul styret af aktuatorer til bevægelse . Ballbots er i sagens natur ustabile og bruger aktuatorer til at holde sig selv i balance. Dette resulterer også i små, men konstante forskydninger af ballbot. Denne ustabile, men stabile tilstand, kaldet dynamisk stabilitet , er meget mere modstandsdygtig over for ydre påvirkninger, såsom stød, end statisk stabilitet. Dette er endnu mere tydeligt i robotter med høj inerti, såsom dem med et højt tyngdepunkt [5] .
Den dynamiske stabilitet af ballbot, kombineret med det kugleformede hjul, som reducerer jordkontakt til et enkelt punkt, giver ballbots unikke fordele blandt landkøretøjer. Ballbots er omnidirektionelle og kan bevæge sig i enhver retning når som helst. Ballbot'ens manøvredygtighed er kun begrænset af dens dynamik, i modsætning til de mekaniske begrænsninger, som hjulene pålægger (for eksempel manglende evne til at bevæge sig sidelæns). Ballbots har nul venderadius og kan ændre retning uden afvigelse. Desuden læner ballbots sig mod svinget for at kompensere for centripetale kræfter , hvilket resulterer i meget flydende og elegante bevægelser, der kan sammenlignes med dem i kunstskøjteløb [6] . Som et resultat er det lige så nemt for en ballbot at stå ét sted og bevæge sig [7] .
En anden interessant egenskab er boldrobottens ikke-minimumfaseadfærd. For at bevæge sig i en hvilken som helst retning, skal ballbot læne sig i den retning for at opnå acceleration. Derfor, for at angive den ønskede bevægelsesretning, skal bolden kortvarigt afbøjes i den modsatte retning. Når den indstillede hastighed er nået, retter ballbot sig op og bevæger sig derefter, mens den holder den lodrette position. Det er mindre indlysende, at robotten for at bremse skal opnå yderligere hastighed, så boldens tyngdepunkt overhaler robottens tyngdepunkt og gør det muligt at reducere hastigheden ved at afbøje robotkroppen i den modsatte retning af bevægelsesretningen [6] .
Ballbots har tre unikke egenskaber, som hver især åbner op for en række praktiske anvendelser for dem. Dynamisk stabilitet tillader brug af boldrobotter under forhold med et stort antal rykkende forstyrrelser. Eksempler på sådanne miljøer er skibe og tog samt overfyldte steder som togstationer, museer og andre offentlige institutioner. Ballbot'ens omnidirektionalitet og evnen til hurtigt at ændre bevægelsesretningen gør, at den kan bevæge sig hurtigt i rum af korridortypen. Det høje tyngdepunkt tillader praktisk placering af kontroller og brugergrænseflade. I øjeblikket er det mest attraktive brugen af ballbots til at informere folk i offentlige institutioner, som daglig assistent eller husholdningsrobot eller som legetøj. Det er værd at bemærke, at boldrobotter er genstand for aktiv forskning, og deres omfang er i øjeblikket begrænset.
| Robotik | |
|---|---|
| Hovedartikler | |
| Robottyper | |
| Bemærkelsesværdige robotter | |
| Relaterede termer | |