Spherebot : Design and testing of a robot inside of a sphere

Spherical robots have several advantages and disadvantages over the more traditional four wheeled cylindrical robots. The project aims to solve some of the problems spherical robots have by using the now commercially available omni-wheel. This thesis was made to analyze the control error of a robot controlled by using said omni-wheels inside a spherical environment. The control error is the angles the robot tilts with. The robot inside the testing sphere will be put in unfavorable positions by accelerating, moving the sphere and moving the robot inside the testing sphere to simulate disturbances due to movement, to combat this an Arduino microcontroller connected to a combined gyro/accelerometer will control the platforms position and rotation speed of the motors connected to the omni-wheels. A test inside a half sphere was made and results were extracted. The control error is acceptable when the robot is disturbed in its neutral state and when it’s running at max speed. The conclusion is that using a PID-controller is advantageous for keeping the robot in a stable position and essential when needed to be controlled reliably. The system without the PID-controller is slightly self-regulating since the robot is symmetrical and center of gravity is placed low causing the gravitational force to give the system some resilience. The performance is however poor compared with the PID-controlled system.Sfäriska robotar har flera fördelar och nackdelar jämfört med den mer traditionella fyrhjulade roboten. Det här projektet försöker att eliminera vissa av nackdelarna genom att använda omni-wheels. Rapportens huvudmål är att analysera kontrollfelet för en robot kontrollerad av motordrivna omni-wheels på insidan av en sfär. Kontrollfelet är här vinklarna roboten lutar med när den rör sig på insidan av sfären. Roboten kommer att vara stabil i sitt ursprungsläge men hamnar i dåliga positioner ur kontrollsynpunkt när den accelererar, testsfären flyttas på och när roboten utsätts för störningar som ska simulera störningarna som uppkommer vid rörelse. För att kompensera för störningarna användes en Arduino Uno mikrokontroller kopplad till ett kombinerat gyroskop och accelerometer. En test för att simulera roboten inuti en sfär gjordes och resultaten extraherades. Roboten får ett acceptabelt kontrollfel när den störs ur stillastående läge och när körs med maxhastighet. Slutsatsen är att PID-kontrollen är användbar och essentiell för att få roboten att bibehålla ett kontrollerat rörelsemönster. Systemet är även utan PID-kontrollen något självreglerande eftersom roboten är symmetrisk och tyngdpunkten placerad lågt vilket gör att gravitationskraften skapar en viss tröghet för förändring. Det egna självreglerande systemet prestanda är dock dåligt jämfört med det PIDkontrollerade