Modelování a řízení dvounohého kolového robotu
Modeling and control of two-legged wheeled robot
Typ dokumentu
diplomová prácemaster thesis
Autor
Adam Kollarčík
Vedoucí práce
Gurtner Martin
Oponent práce
Čech Martin
Studijní obor
Kybernetika a robotikaStudijní program
Kybernetika a robotikaInstituce přidělující hodnost
katedra řídicí technikyPráva
A university thesis is a work protected by the Copyright Act. Extracts, copies and transcripts of the thesis are allowed for personal use only and at one?s own expense. The use of thesis should be in compliance with the Copyright Act http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf and the citation ethics http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.htmlVysokoškolská závěrečná práce je dílo chráněné autorským zákonem. Je možné pořizovat z něj na své náklady a pro svoji osobní potřebu výpisy, opisy a rozmnoženiny. Jeho využití musí být v souladu s autorským zákonem http://www.mkcr.cz/assets/autorske-pravo/01-3982006.pdf a citační etikou http://knihovny.cvut.cz/vychova/vskp.html
Metadata
Zobrazit celý záznamAbstrakt
Tato práce se zabývá modelováním a řízením dvounohého robotu s koly. Cílem práce je vytvořit potřebné simulační nástroje pro návrh řídicího systému, návrh řídicího systému schopného stabilizace a řízení pohybu robotu, a nalézt vhodné trajektorie skoku. Nejdříve je odvozen nelineární planární model robotu za použití Euler-Lagrangeových rovnic. Navíc je k tomu vytvořeno 3D simulační prostředí v robotickém simulátoru Gazebo. Tyto 3D simulace jsou napříč prací použity jako hlavní verifikační a testovací nástroj. Poté je navržen řídicí systém skládající se ze dvou částí. Kola jsou řízena lineárně-kvadratickým regulátorem (LQR) s integrálním řízením navrženým na základě linearizovaného 3D modelu dvojkolého inverzního kyvadla. Nohy jsou řízeny dvěma proporčně-derivačními (PD) regulátory. Dále je implementován tzv. Unscented Kalman Filter (UKF) k odhadování stavů, a také na optimalizaci založená metoda určena k výpočtu trajektorie skoku. Navržené LQR a PD regulátory byly otestovány na reálném robotu a výsledky experimentů jsou zde také prezentovány. This thesis focuses on modeling and control of a bipedal wheeled robot. The main objective is threefold: provide simulation tools essential for control design, design a control system capable of balancing and steering the robot, and find a feasible jump trajectory. First, a non-linear planar model of the robot is derived using Euler-Lagrange equations. In addition, a 3D simulation environment is created within the Gazebo robotics simulator. The 3D simulations are used throughout the thesis for verification and testing purposes. Then, the controller consisting of two independent parts is designed. The wheels are controlled by a linear-quadratic regulator (LQR) with integral control based on a linearized two-wheel inverted pendulum 3D model. Two proportional-derivative (PD) regulators are used to control the legs of the robot. Furthermore, Unscented Kalman Filter (UKF) for state estimation and mainly the optimization-based method for jump trajectory computation are implemented. Lastly, the LQR and PD controllers were tested on the real robot, and the results from the conducted experiments are also documented in this thesis.
Kolekce
- Diplomové práce - 13135 [315]