V práci je sestaven simulační model inverzního kyvadla. Následně je proveden rozbor dostupných součástek potřebných pro konstrukci balancujícího robota. Na základě simulovaných parametrů a rozboru jsou vybrány vhodné součástky pro konstrukci robota. Dále je navrhnuto a zkonstruováno šasi pro úlohu stabilizace kyvadla v horní nestabilní poloze s řídící jednotkou Raspberry Pi. Poslední část práce je zaměřena na oživení a následné zajištění základní autonomní funkce pro tento nelineární systém. Pro řízení robota je použit zpětnovazební regulátor PID, který je seřízený empirickými metodami. Zpětná vazba je zajištěna tříosým akcelerometrem a gyroskopem. Šasi je dle návrhu vytištěno na 3D tiskárně.
Anotace v angličtině
The first part of this thesis consists of putting together a simulation model of an inverse pendulum. Next chapter deals with available parts needed for construction of balance robot. Suitable parts for construction of the robot are chosen on the basis of parameters from the simulation. The following step is concerned with the design and assembly of the case for the task of stabilization of pendulum in upper unstable position with Raspberry Pi as a controller unit. Following part is focused on programming of autonomous functionality for this nonlinear system. PID regulator is used for regulation. Feedback is provided through three-axes accelerometer and gyroscope. The case is printed on a 3D printer according to apriori mentioned design. Last part deals with the empiric calibration of the regulator.
Klíčová slova
Inverzní kyvadlo, PID regulátor, stejnosměrný motor, gyroskop, akcelerometr, python, 3D tisk, Raspberry Pi, řízení
Klíčová slova v angličtině
Inverted pendulum, PID controller, DC motor, gyroscope, accelerometer, python, 3D printing, Raspberry Pi, regulation
Rozsah průvodní práce
56
Jazyk
CZ
Anotace
V práci je sestaven simulační model inverzního kyvadla. Následně je proveden rozbor dostupných součástek potřebných pro konstrukci balancujícího robota. Na základě simulovaných parametrů a rozboru jsou vybrány vhodné součástky pro konstrukci robota. Dále je navrhnuto a zkonstruováno šasi pro úlohu stabilizace kyvadla v horní nestabilní poloze s řídící jednotkou Raspberry Pi. Poslední část práce je zaměřena na oživení a následné zajištění základní autonomní funkce pro tento nelineární systém. Pro řízení robota je použit zpětnovazební regulátor PID, který je seřízený empirickými metodami. Zpětná vazba je zajištěna tříosým akcelerometrem a gyroskopem. Šasi je dle návrhu vytištěno na 3D tiskárně.
Anotace v angličtině
The first part of this thesis consists of putting together a simulation model of an inverse pendulum. Next chapter deals with available parts needed for construction of balance robot. Suitable parts for construction of the robot are chosen on the basis of parameters from the simulation. The following step is concerned with the design and assembly of the case for the task of stabilization of pendulum in upper unstable position with Raspberry Pi as a controller unit. Following part is focused on programming of autonomous functionality for this nonlinear system. PID regulator is used for regulation. Feedback is provided through three-axes accelerometer and gyroscope. The case is printed on a 3D printer according to apriori mentioned design. Last part deals with the empiric calibration of the regulator.
Klíčová slova
Inverzní kyvadlo, PID regulátor, stejnosměrný motor, gyroskop, akcelerometr, python, 3D tisk, Raspberry Pi, řízení
Klíčová slova v angličtině
Inverted pendulum, PID controller, DC motor, gyroscope, accelerometer, python, 3D printing, Raspberry Pi, regulation
Zásady pro vypracování
Sestavte simulační model balancujícího robota (inverzního kyvadla).
Proveďte rozbor potřebných součástek na konstrukci autonomního balancujícího robota. Součástky parametrizujte i na základě simulačních výpočtů.
Zkonstruujte šasi balancujícího robota a osaďte jej potřebných hardwarem. Jako centrální řídicí jednotku volte Rapsberry Pi.
Oživte robota a zajistěte základní autonomní funkčnost (minimálně balancování na místě).
Zásady pro vypracování
Sestavte simulační model balancujícího robota (inverzního kyvadla).
Proveďte rozbor potřebných součástek na konstrukci autonomního balancujícího robota. Součástky parametrizujte i na základě simulačních výpočtů.
Zkonstruujte šasi balancujícího robota a osaďte jej potřebných hardwarem. Jako centrální řídicí jednotku volte Rapsberry Pi.
Oživte robota a zajistěte základní autonomní funkčnost (minimálně balancování na místě).
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
Li, Z., Yang, Ch., Fan, L. Advanced Control of Wheeled Inverted Pendulum Systems, Springer, London 2012. ISBN 978144712963.
Anderson, D. P. nBot Balancing Robot. [online], Dostupné z: http://www.geology.smu.edu/ dpa-www/robo/nbot/.
Binm H., Zhen, L. W., Feng, L. H., The Kinematics Model of a Two-Wheeled Self-Balancing Autonomous Mobile Robot and Its Simulation. 2010 Second International Conference on Computer Engineering and Applications, Bali Island, 2010, s. 64-68.
Xu, C., Li, M., Pan, F. The system design and LQR control of a two-wheels self-balancing mobile robot. 2011 International Conference on Electrical and Control Engineering, Yichang, 2011, s. 2786-2789. doi: 10.1109/ICECENG.2011.6057680.
Baloh, M., Parent, M. Modeling and Model Verification of an Intelligent Self-Balancing Two-Wheeled Vehicle for an Autonomous Urban Transportation System. The Conference on Computational Intelligence, Robotics, and Autonomous Systems, 2003, Singapore.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
Li, Z., Yang, Ch., Fan, L. Advanced Control of Wheeled Inverted Pendulum Systems, Springer, London 2012. ISBN 978144712963.
Anderson, D. P. nBot Balancing Robot. [online], Dostupné z: http://www.geology.smu.edu/ dpa-www/robo/nbot/.
Binm H., Zhen, L. W., Feng, L. H., The Kinematics Model of a Two-Wheeled Self-Balancing Autonomous Mobile Robot and Its Simulation. 2010 Second International Conference on Computer Engineering and Applications, Bali Island, 2010, s. 64-68.
Xu, C., Li, M., Pan, F. The system design and LQR control of a two-wheels self-balancing mobile robot. 2011 International Conference on Electrical and Control Engineering, Yichang, 2011, s. 2786-2789. doi: 10.1109/ICECENG.2011.6057680.
Baloh, M., Parent, M. Modeling and Model Verification of an Intelligent Self-Balancing Two-Wheeled Vehicle for an Autonomous Urban Transportation System. The Conference on Computational Intelligence, Robotics, and Autonomous Systems, 2003, Singapore.
Přílohy volně vložené
Nejsou
Přílohy vázané v práci
grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.