طراحی و ساخت ربات دوچرخ خود تعادلی با فیلتر مکمل و کنترل کننده PID

این مقاله به بررسی طراحی، ساخت و کنترل یک ربات دو چرخ خود تعادلی می پردازد. در ابتدا، تاریخچه ربات های تعادلی و روش های مختلف کنترل آن ها مورد بررسی قرار می گیرد و پژوهش های انجام شده در این زمینه مرور می شود. در این تحقیق، از یک فیلتر مکمل برای ترکیب داده های حسگرهای شتاب سنج و ژیروسکوپ به منظور تعیین زاویه انحراف از حالت عمود استفاده شده است. برای حفظ تعادل ربات، از کنترل کننده تناسبی- انتگرالی-مشتق گیر (PID) بهره برداری می شود. روش تنظیم ضرایب این کنترل کننده به صورت آزمون و خطا در ساختار کنترل دیجیتال مورد ارزیابی قرار گرفته است. مدار الکترونیکی سیستم کنترل با استفاده از میکروکنترلر و سنسورهای تشخیص زاویه طراحی شده و ارتباط سریالی با کامپیوتر برای تحلیل داده ها برقرار شده است. ربات خود تعادل با استفاده از برد آردوینو نانو، ماژول MPU۶۰۵۰ برای اندازه گیری زاویه انحراف و ماژول بلوتوث ۰۵-HC ساخته شده است که امکان کنترل بی سیم ربات از راه دور را فراهم می کند. دستورات کاربر از طریق این ماژول به آردوینو ارسال شده و با کنترل سرعت و جهت موتورهای ربات، تعادل و حرکت آن در جهت مورد نظر حفظ می شود.نتایج پیاده سازی عملی نشان می دهند که استفاده از کنترل کننده PID به همراه تنظیمات بهینه می تواند پایداری و کارایی ربات را در حفظ تعادل و انجام حرکات مورد نظر به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

Keywords:

ربات خود تعادلی , ژیروسکوپ , شتابسنج , فیلتر تکمیلی , آردوینو , کنترل کننده PID.