Sphärischer Roboter

Ein sphärischer Roboter, auch als sphärischer mobiler Roboter oder kugelförmiger Roboter bezeichnet, ist ein mobiler Roboter mit sphärischer Außenform. Ein kugelförmiger Roboter besteht typischerweise aus einer kugelförmigen Schale, die als Körper des Roboters dient, und einer internen Antriebseinheit (IDU), die es dem Roboter ermöglicht, sich zu bewegen. Bewegliche kugelförmige Roboter bewegen sich normalerweise, indem sie über Oberflächen rollen. Die Abrollbewegung wird im Allgemeinen durch Ändern des Schwerpunkts des Roboters (dh eines durch Pendel angetriebenen Systems) ausgeführt, es gibt jedoch einige andere Antriebsmechanismen. In einem weiteren Sinn kann der Begriff “sphärischer Roboter” jedoch auch als stationärer Roboter mit zwei Drehgelenken und einem Prismengelenk bezeichnet werden, das ein sphärisches Koordinatensystem (z. B. einen Stanford-Arm) bildet.

Die Kugelschale besteht gewöhnlich aus festem transparentem Material, sie kann jedoch auch für spezielle Anwendungen oder aufgrund spezieller Ableitungsmechanismen aus opakem oder flexiblem Material bestehen. Die Kugelschale kann den Roboter vollständig gegen die Außenumgebung abdichten. Es gibt rekonfigurierbare sphärische Roboter, die die sphärische Schale in andere Strukturen umwandeln und neben dem Walzen andere Aufgaben ausführen können.

Sphärische Roboter können als autonome Roboter oder als ferngesteuerte (teleoperierte) Roboter arbeiten. In fast allen sphärischen Robotern erfolgt die Kommunikation zwischen der internen Antriebseinheit und der externen Steuereinheit (Datenprotokollierungs- oder Navigationssystem) aufgrund der Mobilität und der geschlossenen Beschaffenheit der Kugelschale drahtlos. Die Stromquelle dieser Roboter ist meistens eine Batterie, die sich im Inneren des Roboters befindet. Es gibt jedoch einige sphärische Roboter, die Solarzellen verwenden. Kugelförmige mobile Roboter können entweder nach ihrer Anwendung oder nach ihrem Antriebsmechanismus kategorisiert werden.

Anwendungen
Sphärische mobile Roboter eignen sich für Überwachung, Umweltüberwachung, Patrouille, Unterwasser- und Planetenforschung, Rehabilitation, Kinderentwicklung und Unterhaltung. Kugelförmige Roboter können als amphibische Roboter eingesetzt werden, die sich sowohl an Land als auch auf (oder unter) Wasser eignen.

Fortbewegung
Die häufigsten Antriebsmechanismen der sphärischen Roboter arbeiten durch Ändern des Massenschwerpunkts des Roboters. Andere Antriebsmechanismen machen Gebrauch von: (1) Erhalt der Winkelgeschwindigkeit durch Schwungräder, (2) Wind der Umgebung, (3) Verzerrung der Kugelschale und (4) Kreiseleffekt.

Aktuelle Forschung
Die Forschung an sphärischen Robotern umfasst Studien zu Design und Prototyping, dynamischer Modellierung und Simulation, Steuerung, Bewegungsplanung und Navigation. Aus theoretischer Sicht stellt die Rollbewegung eines kugelförmigen Roboters auf einer Oberfläche ein nichtholonomisches System dar, das insbesondere im Rahmen der Steuerungs- und Bewegungsplanung untersucht wurde.

Kommerzielle sphärische Roboter
Kommerzielle sphärische Roboter stehen nun der Öffentlichkeit zum Verkauf zur Verfügung. Einige der aktuellen kommerziellen sind: Sphero, BB-8, GroundBot, Roball und QueBall. Die BB-8 ist eine Droidfigur in dem Film Star Wars: The Force Awakens (2015).