Spherical robots can conduct surveillance in hostile, cluttered environments without being damaged, as their protective shell can safely house sensors such as cameras. However, lateral oscillations, also known as wobble, occur when these sphere-shaped robots operate at low speeds, leading to shaky camera feedback. These oscillations in a pendulum-actuated spherical robot are caused by the coupling between the forward and steering motions due to nonholonomic constraints. Designing a controller to limit wobbling in these robots is challenging due to their underactuated nature. We propose a model-based controller to navigate a pendulum-actuated spherical robot using wobble-free turning maneuvers consisting of circular arcs and straight lines. The model is developed using Lagrange-D'Alembert equations and accounts for the coupled forward and steering motions. The model is further analyzed to derive expressions for radius of curvature, precession rate, wobble amplitude, and wobble frequency during circular motions. Finally, we design an input-output feedback linearization-based controller to control the robot's heading direction and wobble. Overall, the proposed controller enables a teleoperator to command a specific forward velocity and pendulum angle as per the desired turning radius while limiting the robot's lateral oscillations to enhance the quality of camera feedback.
翻译:球形机器人可以在敌对、 杂乱的环境中进行监视, 而不会受损, 因为他们的保护性贝壳可以安全地容纳相机等传感器。 但是, 当这些球形机器人以低速运行时, 球状机器人可以在不损坏的环境下进行监视。 这些球状机器人可以在不损坏的环境中进行监视, 因为他们的保护性贝壳可以安全地容纳相机等传感器。 但是, 当这些球状形机器人以低速运行, 导致摄像头反馈时, 也被称为Wobbbbble 。 这些球状机器人会发生横向振动, 导致摄像头反馈。 模型是使用圆形- D' Alembert 的方程式以及前向和方向组合和方向组合的组合。 模型还被进一步分析, 以显示曲线的半径、 前向率、 缩放率、 和 圆形的频率。 最后, 我们设计一个基于模型, 一个基于模型, 向前向方向方向, 向一个特定的旋转方向, 向前向方向, 向一个特定的旋转方向, 向方向, 向前向方向, 向方向, 向方向, 向方向, 向前向方向, 向前向方向, 向方向方向, 向方向, 向 向 向 向 向 方向, 向方向方向方向, 方向方向方向方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向,