selbstbalancierende

Selbstbalancierende Systeme bezeichnen mechanische oder hybridtechnische Systeme, die durch interne Rückkopplung ihre Balance autonom aufrechterhalten oder wiederherstellen können. Typischerweise verwenden sie Sensoren wie Gyroskope und Beschleunigungsmesser, um die aktuelle Lage zu erfassen, Aktuatoren wie Motoren oder Hydraulik, um Gegenmaßnahmen einzuleiten, und Regelalgorithmen, die Abweichungen vom Gleichgewicht korrigieren.

In der Praxis basiert die Steuerung oft auf dem Modell des umgekehrten Pendels, bei dem ein Trägerelement durch gezielte Bewegungen der Basis stabilisiert wird. Die Regelstrategie kann einfache Proportional-Integral-Derivative-Regler (PID) oder fortgeschrittenere Ansätze wie LQR, Zustandsregelungen oder regelbasierte Lernverfahren umfassen.

Typische Anwendungen finden sich in der Robotik, insbesondere bei zweirädrigen Selbstbalancierungsrobotern, die durch Pendelregelung das Gleichgewicht halten; kommerziellen Transportgeräten wie Segways oder ähnlichen Self-balancing-Scootern; Bildstabilisierungssystemen in Kameras oder Drohnen sowie in der industriellen und Servicerobotik, wo automatische Balance gefordert ist.

Herausforderungen umfassen Sensorrauschen, Verzögerungen in der Regelung, Modellunsicherheiten und Energieeffizienz. Fortschritte in der Sensorfusion, insbesondere Kalman-Filter-Techniken, robusten Regelungsverfahren und lernbasierten Ansätzen haben die Leistung solcher Systeme erheblich verbessert.

Siehe auch: Inverses Pendel, PID-Regler, Kalman-Filter.