8415

طراحي و ساخت ربات دوچرخ خودمتعادل

كارشناسي

مهندسي برق كنترل

1401

دكتر سيد مجيد اسماعيل زاده

دكتر سيد مجيد اسماعيل زاده

1402/03/06

مهندسي برق

Design and Build a Self Balabnced two wheeled robot

پاندول معكوس به عنوان يك مسئله‌ي كلاسيك در ديناميك و كنترل شناخته مي‌شود كه اغلب به منظور بررسي كارايي نظريه‌هاي كنترلي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در سال‌هاي اخير، ايده‌ي ربات‌هاي تعادلي دوچرخ با الگو گرفتن از پاندول معكوس مطرح شده است، غيرخطي، ناپايدار و غيرهولونوميك بودن ربات موجب شده است به حجم بالايي از محاسبات براي مدل‌سازي و كنترل اين سيستم نياز باشد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ اين پايان‌نامه در مورد يك ربات دوچرخ خودمتعادل است كه قابليت تعادل خود را دارد و قابليت حركت از مكاني به مكان ديگر را دارد. دو هدف اصلي براي اين پروژه شناسايي شده است، اولين هدف، متعادل كردن ربات با استفاده از الگوريتم PID و دومي، حركت ربات در حالي كه تعادل خود را با استفاده از فرستنده و گيرنده بلوتوث حفظ مي‌كند. براي دستيابي به اين اهداف، بررسي گسترده‌اي براي درك مفهوم و عملكرد ربات‌هاي دوچرخ خودمتعادل انجام شده است. با استفاده از اطلاعات به دست آمده، مشخص شد كه تئوري پاندول معكوس و تئوري كنترل بايد براي طراحي و ساخت سيستم ربات دوچرخ خودمتعادل اتخاذ شود. اين سيستم رباتي، با قابليت چرخش موتور خود در جهت شيب بدنه ربات طراحي شده است. اين ربات با يك الگوريتم PID به منظور كنترل زاويه پيچ ربات و سرعت چرخ ربات، طوري برنامه‌ريزي شده است كه اين امكان را براي ربات فراهم مي‌كند، تا همواره تعادل خود را حفظ نمايد. به منظور حفظ اين تعادل، بايد موتورها و چرخ‌هاي ربات ، با توجه به مقدار زاويه خطا يا شيب بدنه ربات، در دو جهت جلو و عقب با سرعت مشخص بچرخند و همواره به چرخش خود ادامه دهند تا زماني كه بدنه ربات به زاويه نقطه تنظيم خود يعني 0 درجه برسد، يعني وضعيت عمودي ربات. يك شبيه‌سازي با استفاده از Matlab/Simulink براي تأييد صحت مدل و تنظيم ضرايب مورد استفاده براي الگوريتم PID صورت گرفته است و همچنين از نرم‌افزار Arduino IDE براي برنامه‌ريزي ميكروكنترلر Arduino UNO R3 استفاده مي‌شود.

ربات دوچرخ خودمتعادل , پاندول معكوس , كنترل‌كننده PID , فضاي حالت