Ballbot ( eng. Ballbot ) on liikkuva robotti , joka käyttää yhtä pallomaista pyörää (eli palloa) liikkumiseen ja tasapainoilee sen päällä jatkuvasti sekä liikkeessä että levossa [1] [2] [3] . Yhdellä kosketuspisteellä pinnan kanssa pallobotti liikkuu yhtä helposti kaikkiin suuntiin, ja se on erittäin ketterä, ketterä ja luonnollinen liikkeessä perinteisiin maa-ajoneuvoihin verrattuna. Luotettavien kapean akselivälin robottien suunnittelu, joilla on parannettu ohjattavuus ahtaissa, ruuhkaisissa ja dynaamisissa ympäristöissä (kuten kapeissa käytävissä ja liikkuvien ihmisten täynnä olevissa tiloissa) on tullut mahdolliseksi dynaamisen vakauden teeman kehityksen ansiosta nykyaikaisessa ohjausteoriassa .
Historiallisesti liikkuvat robotit on suunniteltu pysymään staattisesti paikallaan, mikä säästää energiaa, kun robotti seisoo paikallaan. Tämä saavutetaan yleensä käyttämällä kolmea tai useampaa alustaan kiinnitettyä pyörää. Tämän mallin mukaan rakennetut robotit ovat usein epävakaita liikkuessaan, mikä voidaan kompensoida erittäin leveällä akselivälillä ja matalalla painopisteellä . Tämä rajoittaa suuresti tällaisten robottien käyttöä normaalissa ympäristössä ihmisten läsnäollessa, jossa käyttöliittymän ei tarvitse sijaita saavutettavalla korkeudella, vaan robotin liikkumista vaikeuttavat kapeat käytävät, suuri useita esteitä, mukaan lukien ihmiset. Siksi monipyöräiset rakenteet ovat huonosti mukautettuja toimimaan nopeasti muuttuvissa olosuhteissa liikkuvien ihmisten keskuudessa. Monipyöräiset robotit eivät voi muuttaa suuntaa välittömästi, eivätkä myöskään voi kääntyä liikkumatta paikaltaan [4] .
Pallobotit ratkaisevat edellä mainitut ongelmat käyttämällä yhtä pallomaista pyörää, jota ohjataan toimilaitteiden avulla . Pallobotit ovat luonnostaan epävakaita ja käyttävät toimilaitteita pitääkseen itsensä tasapainossa. Tämä johtaa myös pallobotin pieniin mutta jatkuviin siirtymiin. Tämä epävakaa, mutta vakaa tila, jota kutsutaan dynaamiseksi vakaudeksi , kestää paljon paremmin ulkoisia vaikutuksia, kuten iskuja, kuin staattista vakautta. Tämä on vielä selvempää suuren hitauden omaavissa roboteissa, kuten sellaisissa, joissa on korkea painopiste [5] .
Balbotin dynaaminen vakaus yhdistettynä pallomaiseen pyörään, joka vähentää maakosketuksen yhteen pisteeseen, antaa pallobotille ainutlaatuisia etuja maa-ajoneuvojen joukossa. Pallobotit ovat kaikkisuuntaisia ja voivat liikkua mihin tahansa suuntaan milloin tahansa. Balbotin ohjattavuutta rajoittaa vain sen dynamiikka, toisin kuin pyörien asettama mekaaninen rajoitus (esimerkiksi kyvyttömyys liikkua sivuttain). Pallobotilla on nolla kääntösäde ja voi muuttaa suuntaa ilman poikkeamaa. Lisäksi pallobotit kallistuvat kohti käännettä kompensoidakseen keskipistevoimia , mikä johtaa erittäin sulaviin ja tyylikkäisiin liikkeisiin, jotka ovat verrattavissa taitoluistelun liikkeisiin [6] . Tämän seurauksena pallobotin on yhtä helppo seistä yhdessä paikassa ja liikkua [7] .
Toinen mielenkiintoinen ominaisuus on pallorobotin ei-minimivaiheinen käyttäytyminen. Liikkuakseen mihin tahansa suuntaan pallobotin on nojattava tähän suuntaan saadakseen kiihtyvyyden. Siksi halutun liikesuunnan osoittamiseksi palloa on taivutettava lyhyesti vastakkaiseen suuntaan. Saavuttuaan asetetun nopeuden pallobot suoristuu ja sitten liikkuu pitäen pystyasennossa. On vähemmän ilmeistä, että jarrutusta varten robotin on saatava lisänopeutta, jotta pallon painopiste ohittaa robotin painopisteen ja mahdollistaa nopeuden vähentämisen kääntämällä robotin runkoa liikesuuntaa vastakkaiseen suuntaan [6] .
Pallobotilla on kolme ainutlaatuista ominaisuutta, joista jokainen avaa niille useita käytännön sovelluksia. Dynaaminen vakaus mahdollistaa pallorobottien käytön olosuhteissa, joissa on suuri määrä nykiviä häiriöitä. Esimerkkejä tällaisista ympäristöistä ovat laivat ja junat sekä ruuhkaiset paikat, kuten juna-asemat, museot ja muut julkiset laitokset. Pallobotin monisuuntaisuus ja kyky vaihtaa nopeasti liikesuuntaa mahdollistavat sen nopean liikkumisen käytävätyyppisissä huoneissa. Korkea painopiste mahdollistaa säätimien ja käyttöliittymän kätevän sijoittamisen. Tällä hetkellä houkuttelevinta on pallobottien käyttö tiedottamiseen julkisissa laitoksissa, päivittäisenä avustajana tai kotirobottina tai leluna. On syytä huomata, että pallorobotit ovat aktiivisen tutkimuksen kohteena ja niiden laajuus on tällä hetkellä rajallinen.
| Robotiikka | |
|---|---|
| Tärkeimmät artikkelit | |
| Robottityypit | |
| Merkittäviä robotteja | |
| Aiheeseen liittyvät termit | |