3D dynamic modeling of a spherical wheeled self-balancing mobile robot

Son yıllarda küresel tekerlekler üzerinde hareket eden dinamik dengeli platformlar, bir başka deyişle BallBotlar, robotik literatüründe statik dengeli tekerlekli mobil robotlara alternatif olarak popülarite kazanmıştır. Özellikle dengeleriyle ilgilenmeye ihtiyaç duymayan tekerlekli platformlara nazaran BallBot daima kendi dinamiklerinden haberdar olup, aktif olarak dengesini sağlamak zorundadır. Şu ana kadar bu tarz platformlara basit düzlemsel modellerle yaklaşılmıştır. Üç boyutlu düzleme geçmek için birbirinden ayrıştırılmış dik modeller oksal düzlemler üzerinde kombine olarak kullanılır. Her ne kadar bu tür modellerle robotun hareketinin belirli yönlerini yakalamak mümkün olsa da, sapma açısı dönüşleri dönüşleri veya sert cisim hareketlerine bağlı bağıl ataletsel etkiler gibi hareketin doğasından kaynaklanan uzaysal özelliklerini temsil edemezler.Tezde, küresel tekerlekler üzerinde hareket eden dinamik dengeli platformlar için tamamen bağıl 3 boyutlu yeni bir model ileri sürüldü. Yeni modelin, hareketin düzlemsel model tarafından yakalanamamış önemli uzaysal yönlerini yakaladığı gösterildi. Dahası, yeni model kontrolörler için, daha etkili sistem dinamikleri tarafından daha iyi bilgilendirilmiş bir temel sağlamaktadır. Yeni modelin doğruluğunu saptamak için, dinamik açıdan zengin simulasyon çalışmaları sunuldu. Yeni modelin hızlı manevralardaki avantajlarını göstermek için dairesel yollar kullanıldı. Bunlara ek olarak, daha iyi davranış kontrolü için yeni ters-dinamik kontrolörleri tanıtıldı, ve dinamik hareketleri devam ettirebilme yetenekleri simulasyonlarla incelendi. Dairesel hareketlerdeki tavır açısı ile pozisyon değişkenlerinde buna bağlı oluşan hareket arasındaki ilişki BallBot hareketliliği açısından incelendi.