Návrh a implementace řízení inverzního robota

Abstract

V práci je matematicky popísaná dynamika inverzného robota známeho ako Segway. Popis vychádza z 2D schematického nákresu robota. K zostaveniu vlastných pohybových rovníc sú využité Lagrangeové diferenciálne rovnice 2.rádu a pre overenie správnosti výsled\-ku je sústava popísaná aj Newton-Eulerovými rovnicami. Odvodené rovnice sú následne linearizované v pracovnom bode θ = 0° a na základe linearizovaného modelu je urobená analýza systému a návrh riadenia pomocou PID a stavového regulátora. Fyzikálne parametre zostavy sú prevzaté z 3D modelu vytvorenom v CAD systéme. Navrhnutý regulátor je následne odskúšaný na simulačnom modeli. Za účelom overiť výsledky simulácie je vytvorený regulátor pre diskretizovaný systém, ktorý je implementovaný do riadiaceho algoritmu. Na záver sú popísané výsledky experimentu a ich porovnanie s výsledkami simulácie. Okrem návrhu a implementácie obsahuje práca aj popis a schému zapojenia elektronických prvkov použitých na reálnom modeli.

The Bachelor thesis contains a mathematical description of the inverse robot also known as Segway. Description is derived from 2D scheme of the robot. Equations of motion are created with the use of Lagrange second order differential equations and also checked with Newton-Euler equations of motion. Based on linearized equations around the point θ = 0° and physical parameters taken from 3D model made in CAD software, system analysis and design of the PID and State-space regulator is performed. In the next step, the designed controller is verified on the simulation model. Results from the simulation are comapared with the results from the experiment, which was made after implementation of the controller for discretized system into control algorithm. In addition to controller design and implementation, the work contains description and wiring diagram of the electrical components of the robot.