Ballbot : studio e realizzazione di un prototipo di robot uniciclo

Questa tesi si colloca nell'ambito della robotica mobile. Questa si prefigge lo scopo di realizzare robot di piccole-medie dimensioni capaci di muoversi in spazi limitati, di divincolarsi tra gli ostacoli e di interagire con l'uomo. Negli ultimi anni, questo settore ha avuto una notevole espansione dovuta soprattutto all'invenzione di sensori sempre più evoluti. Gli ultimi robot realizzati assumono diverse forme e caratteristiche: robot umanoidi, robot marini, robot volanti, etc. Particolare attenzione è stata dedicata a robot in grado di rimanere bilanciati su due ruote e muoversi su di esse. Una possibile evoluzione, di questa tipologia, può essere realizzata passando da due punti di appoggio sul terreno ad uno solo. Utilizzando una comune palla come appoggio a terra, è possibile ideare un robot in grado di bilanciarsi e muoversi su di essa e che, rispetto ai primi, ha il vantaggio di potersi spostare in qualsiasi direzione senza bisogno di curvare. L'obiettivo di questa tesi è quello di studiare, progettare e realizzare un prototipo di robot in grado di bilanciarsi e muoversi su una comune palla da calcio. La parte di studio ha visto la modellazione del robot e la simulazione del sistema dinamico in ambiente MATLAB - Simulink. Sul modello simulato è stato applicato un controllore in modo da poterne verificare l'efficacia. Nella fase di progettazione è stata scelta l'elettronica che permette al robot di azionare i motori, di conoscere la propria inclinazione e elaborare i movimenti da fare per stare in equilibrio. Parte importante del progetto è stata dedicata allo sviluppo di algoritmi capaci di stimare l'angolo di inclinazione e l'accelerazione da assegnare ai motori. Durante la prototipazione si è invece disegnato e realizzato il telaio, assemblata la meccanica e l'elettronica e provato realmente l'intero sistema. Nelle prove sperimentali si sono ottenuti degli ottimi risultati. In particolare il robot riesce a bilanciarsi sulla palla con piccoli movimenti, a compensare disturbi come spinte o variazioni di baricentro e anche a seguire traiettorie prefissate. Ultima parte della tesi è stata la realizzazione di un programma che permettesse ad un qualsiasi utente di controllarne i movimenti.