Design and control of balancing robot
Denge robotunun tasarım ve kontrolü
- Tez No: 328380
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. TOLGA SÜRGEVİL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Makine Mühendisliği, Mechatronics Engineering, Engineering Sciences, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kalman filtre, PID denetleme, Ters sarkaç, Kalman filter, PID control, Inverted pendulum
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez iki tekerlekli bir robotu açı geribeslemesi kullanarak dengede tutma problemi üzerine yoğunlaşmıştır. Sarkaç açısının hesaplanması için ivme ölçer ve ciroskop sensörleri kullanılmıştır. Bu sensörlerden gelen veriler, titreşim sonucu oluşan paraziti yok etmek için Kalman filtresi kullanılarak işlenmiş ve temiz, parazitsiz bir sinyal elde edilmiştir. PID kontrolörü, robotu dengede tutmak için, filtre edilmiş açı geribeslemesi üzerinde kullanılmıştır.Robot'un hesaplamaları ve kontrolü, motorları sürmek için sensör sinyallerini işleyen ve lojik sinyalleri üreten bir mikrodenetleyici kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Prototip olarak kullanılan tasarım Solidworks'de hazırlanmıştır. Bütün parçalar üç boyutlu olarak çizilmiş ve simulasyonlarda kullanılan sarkaç ve tekerlerin kütle ve atalet momentleri gibi parametrelerinin elde edilebilmesi için bu parçalara malzeme ataması yapılmıştır.Sistemde kullanılacak olan PID kontrolör parametrelerini tespit edebilmek için, bütün kapalı-çevrim sistemin blok diyagramının hazırlanmasında Simulink kullanılmıştır. Bu amaçla sistemin matematiksel eşitlikleri çıkartılmış ve bu eşitlikler Simulink'de denge robotu sistem bloğu olarak uygulanmıştır. Ayrıca PID kontrolör, PWM pulse oluşturucusu ve Kalman filtresi blokları da gerçek sisteme mümkün olduğunca yakın bir platform oluşturmak için simulasyona eklenmiştir. Simulasyon modeli hazırlandıktan sonra, Simulink'deki tasarım optimizasyon aracı kullanılarak denge robotu'nun kontrolü için uygun çözümü veren PID parametreleri bulunmuştur.Son olarak, elde edilen PID parametreleri tasarlanan prototip'de denenmiş ve robot'un sarkaç açısı simulasyon sonuçları ile karşılaştırılması için kayıt edilmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis is concentrated on the problem of balancing a two wheeled robot using the angle feedback. To calculate the pendulum angle, accelerometer and gyroscope sensors are used. The readings received from these sensors are processed using Kalman filtering to eliminate the noise caused by vibration and a clean noiseless signal is obtained. Then PID controller is used on the filtered angle feedback to balance the robot.Calculations and the control of the robot are performed using a microcontroller, which processes sensor signals and generates logic signals to drive the motors of the robot.The design used as a prototype is prepared in Solidworks. All parts are drawn in 3D and materials are assigned to these parts to obtain parameters like mass and inertia values of the pendulum and the wheels that are used in simulations.In order to determine the PID controller parameters to be used in the system, Simulink is used to prepare the block diagram of the whole closed-loop system. For this purpose, mathematical equations of the system are obtained and these equations are implemented in Simulink as balancing robot system block. Also, other system parts like PID controller, PWM pulse generator and Kalman filtering blocks are added into simulation to construct a platform as close as possible to real system. After the simulation model is prepared, design optimization tool in Simulink is used to find PID parameters which give a feasible solution for the control of the balancing robot.Finally, obtained PID parameters are experimented in the prototype design and the angle of the robot is logged and compared with the simulation results.
Benzer Tezler
- PID ve bulanık mantık kontrol sistemleri ile iki tekerlekli kendini dengeleyebilen robotik sistem tasarımı
Design of a two-wheel self-balancing robotic system with the PID and fuzzy logic control systems
FURKAN PEÇE
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT KARABAY
- Küre üzerinde dengede durabilen robot tasarımı
Design of a robot balancing on a sphere
AVNİ HİLMİ PAZARBAŞI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Kendini dengeleyebilen iki tekerlekli aracın tasarımı ve kontrolü
Design and control of self-balancing two wheeled vehicle
ULAŞ ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYHAN KURAL
- Design and control of ros based omnidirectional vehicle
Ros tabanlı çok yönlü hareket edebilen araç tasarım ve kontrolü
İBRAHİM DİNÇER NALBANT
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- İki ayaklı robotlarda jiroskopik dengeleme sistemi tasarımı ve deneysel araştırılması
Design and experimental research of gyroscopic balancing system in bipedal robots
ERAY YILMAZLAR
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiTrakya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ KUŞÇU