Просмотр кода страницы Шаробот

'''Шаробо́т''' ({{lang-en|Ballbot}}) — подвижный [[робот]], использующий для передвижения единственное сферическое колесо (т.е. шар), и постоянно самобалансирующий на нём как в движении, так и в покое<ref name=ixbt>{{cite web
 |url         = http://www1.ixbt.com/news/hard/index.shtml?06/61/54
 |title       = Робот на шаре
 |author      = Accent
 |date        = 2006-08-13
 |work        = 
 |publisher   = [[IXBT.com]]
 |access-date  = 2011-12-11
 |lang        = ru
 |archive-url  = https://web.archive.org/web/20160304094441/http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?06%2F61%2F54
 |archive-date = 2016-03-04
 |url-status    = dead
}}</ref>
<ref name=insiderobot>{{cite web
 |url         = http://insiderobot.ya.ru/replies.xml?item_no=93&parent_id=1205
 |title       = Оригинальные конструкции роботов
 |author      = insiderobot
 |date        = 2008-03-24
 |work        = 
 |publisher   = http://insiderobot.ya.ru
 |access-date  = 2011-12-11
 |lang        = ru
 |archive-url  = https://www.webcitation.org/6ASqFKMiK?url=http://insiderobot.ya.ru/replies.xml?item_no=93
 |archive-date = 2012-09-06
 |url-status    = live
}}</ref>
<ref name=roboclub>{{cite web
 |url         = http://www.roboclub.ru/newsobitie/2006/08/11/sormy_702.html
 |title       = Робот на шаре
 |author      = 
 |date        = 2006-08-01
 |work        = 
 |publisher   = http://www.roboclub.ru
 |access-date  = 2011-12-11
 |lang        = ru
 |url-status    = dead
 |archive-url  = https://archive.today/20130417131913/http://www.roboclub.ru/newsobitie/2006/08/11/sormy_702.html
 |archive-date = 2013-04-17
}}</ref>. Благодаря единственной точке контакта с поверхностью, шаробот одинаково легко передвигается во всех направлениях, являясь чрезвычайно подвижным, манёвренным, и естественным в движениях, по сравнению с обычным наземным транспортом. Проектирование надёжных роботов с узкой колёсной базой, обладающих улучшенной манёвренностью в ограниченных, переполненных и динамичных средах (например узкие коридоры и заполненные передвигающимися людьми помещения) стало возможным благодаря наработкам в теме ''динамической стабильности'' в современной [[теория управления|теории управления]].

== Общие сведения и основные свойства ==
[[Файл:Ballbot_Rezero_2010.jpg|thumb|200px|Шаробот ''Rezero'' балансирующий на плоской поверхности. Характерными особенностями шаробота являются: шар, три электромотора, приводящие в движение балансировочные колёса и основной корпус, содержащий микропроцессор, блок инерциальных измерений, блок питания и батареи.]]

Исторически сложилось, что подвижные роботы создавались статически неподвижными, что приводило к экономии энергии при стоянии робота на месте. Обычно это достигается использованием трёх и более колёс прикреплённых к платформе. Роботы, построенные по этой модели, зачастую нестабильны при движении, что может быть компенсировано очень широкой [[Колёсная база|колёсной базой]] и низким [[Центр масс#Центр тяжести|центром тяжести]]. Это сильно ограничивает применение таких роботов в обычной обстановке в присутствии людей, где не только [[интерфейс пользователя]] должен быть расположен на доступной высоте, но и подвижность робота затруднена узкими проходами, наличием большого количества препятствий, в том числе людей. Поэтому многоколёсные конструкции плохо приспособлены для работы в быстро меняющихся условиях среди двигающихся людей. Многоколёсные  роботы не могут мгновенно сменить направление движения, а также не могут поворачиваться не сдвигаясь с места<ref name="Tom Lauwers 10">{{cite web|url=http://www.msl.ri.cmu.edu/publications/pdfs/isrr05.pdf|title=One is Enough!|access-date=2006-08-14|author=Tom Lauwers|coauthors=George Kantor, Ralph Hollis|date=2005-10-12|format=PDF|work=12th International Symposium on Robotics Research|publisher=The Robotics Institute at Carnegie Mellon University|pages=10|archive-url=https://web.archive.org/web/20060908032209/http://www.msl.ri.cmu.edu/publications/pdfs/isrr05.pdf|archive-date=2006-09-08|url-status=dead}}</ref>.

Шароботы решают вышеупомянутые проблемы используя для движения единственное сферическое колесо, управляемое [[Исполнительное устройство|исполнительными устройствами]]. Шароботы изначально неустойчивы и используют исполнительные устройства для поддержания себя в равновесии. Это также приводит к небольшим, но постоянным смещениям шаробота. Это неустойчивое, но стабильное состояние, называемое ''динамической [[теория управления|стабильностью]]'', намного более устойчиво к внешним воздействиям, например толчкам, нежели статическая стабильность. Это ещё более очевидно в [[Инерция|высокоинерционных]] роботах, например с высокорасположенным центром тяжести<ref>{{cite web|url=http://www.msl.ri.cmu.edu/publications/pdfs/ballbot_ICRA06_web.pdf|title=A Dynamically Stable Single-Wheeled Mobile Robot with Inverse Mouse-Ball Drive|access-date=2006-08-14|author=Tom Lauwers|coauthors=George Kantor, Ralph Hollis|date=2006-05-16|format=PDF|work=IEEE International Conference on Robotics and Automation|publisher=The Robotics Institute at Carnegie Mellon University|pages=6|archive-url=https://web.archive.org/web/20060908032239/http://www.msl.ri.cmu.edu/publications/pdfs/ballbot_ICRA06_web.pdf|archive-date=2006-09-08|url-status=dead}}</ref>.

Динамическая стабильность шаробота, в сочетании со сферическим колесом, которое уменьшает контакт с поверхностью до единственной точки, обеспечивает шароботам уникальные достоинства среди наземных транспортных средств. Шароботы всенаправлены и могут двигаться в любом направлении в любое время. Манёвренность шаробота ограничена только его динамикой, в отличие от механических ограничений, налагаемых колёсами (например невозможность движения боком). Шароботы обладают нулевым [[радиус поворота|радиусом поворота]]{{Нет АИ|02|01|2012}} и могут изменять [[Углы Эйлера|направление движения]] без отклонения. Более того, шароботы наклоняются в сторону поворота для компенсации [[Центростремительная сила|центростремительных сил]], что приводит к очень плавным и элегантным движениям, сравнимым с движениями в [[Фигурное катание|фигурном катании]]<ref name="Rezero">{{статья |заглавие=Rezero, Focus Project Report |издательство=Autonomous Systems Lab, ETH Zurich |страницы=202 |язык= |автор=Simon Doessegger, Peter Fankhauser, Corsin Gwerder, Jonathan Huessy, Jerome Kaeser, Thomas Kammermann, Lukas Limacher, Michael Neunert |число=21 |месяц=6 |год=2010}}</ref>. Как следствие, шароботу одинаково легко стоять на одном месте и двигаться<ref>[http://ntv.ifmo.ru/ru/article/858/sistema_i_algoritmy_stabilizacii_bolbota.htm Боргуль] {{Wayback|url=http://ntv.ifmo.ru/ru/article/858/sistema_i_algoritmy_stabilizacii_bolbota.htm |date=20141215153611 }} А. С., Громов В. С., Зименко К. А., Маклашевич С. Ю.  [http://ntv.ifmo.ru/ru/article/858/sistema_i_algoritmy_stabilizacii_bolbota.htm Система и алгоритмы стабилизации болбота] {{Wayback|url=http://ntv.ifmo.ru/ru/article/858/sistema_i_algoritmy_stabilizacii_bolbota.htm |date=20141215153611 }} // Научно-технический вестник ИТМО. - Статья. - 2013. - УДК 681.5:621.865.8+519.71. - стр.1</ref>.

Другой интересной особенностью является неминимально фазовое поведение шаробота. Для движения в любом направлении, шаробот должен наклониться в этом направлении для приобретения ускорения. Поэтому, для указания желаемого направления движения, шар должен быть кратковременно отклонён в противоположном направлении. По достижении заданной скорости, шаробот выпрямляется и далее двигается, сохраняя вертикальное положение. Менее очевидно что для торможения робот должен набрать дополнительную скорость, чтобы центр тяжести шара обогнал центр тяжести робота и позволил уменьшить скорость путём отклонения корпуса робота в сторону, противоположную направлению движения<ref name="Rezero" />.

== Применение шароботов ==
Шароботы обладают тремя уникальными характеристиками, каждая из которых открывает им ряд практических применений. Динамическая стабильность позволяет использовать шароботы в условиях большого количества толчкообразных  помех. Примерами подобных условий являются корабли и поезда, а также помещения со скоплениями людей, такие как вокзалы, музеи и другие общественные учреждения. Всенаправленность шаробота и способность быстро изменять направление движения позволяет ему быстро двигаться в помещениях коридорного типа. Высокое расположение центра тяжести позволяет удобно расположить органы управления и интерфейс пользователя. На данный момент наиболее привлекательным видится использование шароботов для информирования людей в общественных учреждениях, в качестве ежедневного помощника или [[Бытовой робот|бытового робота]], или в качестве игрушки. Стоит заметить, что шароботы являются объектом активных исследований и области их применения на данный момент ограничены.

{{Перевести|en|Ballbot}}

== Примечания ==

{{примечания}}

== Ссылки ==
* Официальный сайт проекта Rezero на сайте  {{ref|en}}
* [http://www.msl.ri.cmu.edu/projects/ballbot/ Dynamically-Stable Mobile Robots in Human Environments] {{ref|en}}
* [http://www.mech.tohoku-gakuin.ac.jp/rde/index_e.html Robot Development Engineering Laboratory, авторы проекта BallIP] {{ref|en}}
* [https://web.archive.org/web/20110409122245/http://sites.mecheng.adelaide.edu.au/robotics/robotics_projects.php?wpage_id=44&title=61&browsebytitle=1 Страница проекта Ballbot [[Университет Аделаиды|университета Аделаиды]]] {{ref|en}}

{{Робототехника}}

[[Категория:Робототехника]]