Das Problem das ich sehe ist die Sache mit dem Winkel...
Sobald du deinen Bot aus der Ruheposition rauskippst (soweit eben das das Drehmoment das er erzeugt groß genug ist um den Rollwiderstand zu kompensieren), beschleunigt der Ball in die Richtung in die er gekippt ist.
Da der Bot davor aber mehr oder weniger ruht, und aus dieser Lage erstmal beschleunigen muss um seinen Winkel zu ändern, wirkt davor schon ein Drehmoment (das sogar recht groß ist, da der Bot 4 mal so schwer ist wie der Ball), dieses aber genau in die entgegengesetzte Richtung, in die du eigentlich fahren möchtest. Wenn die Steuerung nun hergeht und die Geschwindigkeit misst, und feststellt das sie in die falsche Richtung geht, beschleunigt er den Bot weiter, um den Winkel so zu erhöhen das die Geschwindigkeit in die richtige Richtung geht.
Ich denke das ist hauptsächlich das Problem das du hattest, als dein Bot immer vom Ball gefallen ist.
[edit] Kleiner Fehler im Denkansatz bei mir: der Ball beschleunigt schon in die falsche Richtung, aber du hast ja deine Geschwindigkeit über nen Beschleunigungssensor im Bot bestimmt, der sich in die richtige Richtung bewegt. Muss den Punkt nochmal überdenken.

Ein weiteres Problem tritt auf wenn man das oben genannte Problem gelöst hat. sobald der Bot einen gewissen Winkel erreicht hat beschleunigt er immer weiter. Du müsstest also an dem Ball wieder nach oben fahren, so dass das Drehmoment gerade noch so den Rollwiderstand und den Luftwiderstand kompensiert, also die Beschleunigung zu 0 wird. Wenn du nun aber am Ball nach oben fährst, wirkt der Antrieb wieder ein Drehmoment aus - diesmal so, das der Ball weiter in die richtige Richtung beschleunigt, also unter Umständen zu schnell wird.

Ich hab mal versucht ein Bewegungsmodell dafür zu erstellen, merke aber das meine Kenntnisse in Theoretischer Physik etwas eingerostet sind.

Ich denke nun auch das die gezielte Bewegung des Bots möglich ist, aber auch recht schwierig, und wahrscheinlich nicht mit einem normalen PID Regler möglich.

Hoffe das da jetzt n paar halbwegs brauchbare Ideen dabei waren, evtl hilfts dir ja. Genaueres wenn ich mal wieder zuviel Freizeit hab

MfG
Daniel