Dynamics and Control of a Spherical Robot with an Axisymmetric Pendulum Actuator


    2013, Vol. 9, No. 3, pp.  507-520

    Author(s): Ivanova T. B., Pivovarova E. N.

    This paper investigates the possibility of the motion control of a ball with a pendulum mechanism with non-holonomic constraints using gaits — the simplest motions such as acceleration and deceleration during the motion in a straight line, rotation through a given angle and their combination. Also, the controlled motion of the system along a straight line with a constant acceleration is considered. For this problem the algorithm for calculating the control torques is given and it is shown that the resulting reduced system has the first integral of motion.
    Keywords: non-holonomic constraint, control, spherical shell, integral of motion
    Citation: Ivanova T. B., Pivovarova E. N., Dynamics and Control of a Spherical Robot with an Axisymmetric Pendulum Actuator, Rus. J. Nonlin. Dyn., 2013, Vol. 9, No. 3, pp.  507-520
    DOI:10.20537/nd1303008


    Download File
    PDF, 582.48 Kb

    References
    [1] Баландин Д. В., Комаров М. А., Осипов Г. В., “Управление движением сферического робота с маятниковым приводом”, Изв. РАН. Теория и системы управления, 2013, № 4, 150–163  crossref
    [2] Болотин С. В., Попова Т. В., “Об уравнениях движения системы внутри катящегося шара”, Нелинейная динамика, 9:1 (2013), 51–58  mathnet  mathscinet; Bolotin S. V., Popova T. V., “On the motion of a mechanical system inside a rolling ball”, Regul. Chaotic Dyn., 18:1–2 (2013), 159–165  crossref  mathscinet  zmath  adsnasa
    [3] Борисов А. В., Килин А. А., Мамаев И. С., “Как управлять шаром Чаплыгина при помощи роторов”, Нелинейная динамика, 8:2 (2012), 289–307  mathnet  mathscinet; Borisov A. V., Kilin A. A., Mamaev I. S., “How to control Chaplygin's sphere using rotors”, Regul. Chaotic Dyn., 17:3–4 (2012), 258–272  crossref  mathscinet  zmath  adsnasa
    [4] Борисов А. В., Килин А. А., Мамаев И. С., “Как управлять шаром Чаплыгина при помощи роторов, 2”, Нелинейная динамика, 9:1 (2013), 59–76  mathnet  mathscinet; Borisov A. V., Kilin A. A., Mamaev I. S., “How to control the Chaplygin ball using rotors, 2”, Regul. Chaotic Dyn., 18:1–2 (2013), 144–158  crossref  mathscinet  zmath  adsnasa
    [5] Борисов А. В., Мамаев И. С., “Две неголономные интегрируемые связки твердых тел”, Нелинейная динамика, 7:3 (2011), 559–568  mathnet; Borisov A. V., Mamaev I. S., “Two non-holonomic integrable problems tracing back to Chaplygin”, Regul. Chaotic Dyn., 17:2 (2012), 191–198  crossref  mathscinet  zmath  adsnasa
    [6] Мартыненко Ю. Г., Формальский А. М., “К теории управления моноциклом”, ПММ, 69:4 (2005), 569–583  mathscinet  zmath
    [7] Мартыненко Ю. Г., Формальский А. М., “Управление продольным движением одноколесного аппарата по неровной поверхности”, Изв. РАН. Теория и системы управления, 2005, № 4, 165–173  mathscinet  zmath
    [8] Пивоварова Е. Н., Иванова Т. Б., “Исследование устойчивости периодических решений в задаче о качении шара с маятником”, Вестн. УдГУ. Матем. Механ. Компьют. науки, 2012, № 4, 146–155  mathnet
    [9] Chase R., Pandya A., “A review of active mechanical driving principles of spherical robots”, Robotics, 1:1 (2012), 3–23  crossref
    [10] Das T., Murkherjee R., “Dynamic analysis of rectilinear motion of a self-propelling disk with unbalance masses”, Trans. ASME. J. Appl. Mech., 68 (2001), 58–66  crossref  zmath
    [11] Kayacan E., Bayraktaroglu Z. Y., Saeys W., “Modeling and control of a spherical rolling robot: A decoupled dynamics approach”, Robotica, 30:12 (2012), 671–680
    [12] Michaud F., Caron S., “Roball, the rolling robot”, Auton. Robots, 12 (2002), 211–222  crossref  zmath  isi
    [13] Nagai M., Control system of a spherical robot, Master Thesis, Lulea University of Technology, 2008
    [14] Schroll G. C., Dynamic model of a spherical robot from first principles, Master Thesis, Colorado State University, 2010



    Creative Commons License
    This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Unported License