طراحی، ساخت و کنترل سامانه ربات دو چرخ

ربات تعادلی دو چرخ در سال های اخیر کاربردهای وسیعی در حوزه های حمل و نقل، نظامی و تفریحی پیدا کرده است. هدف از این پژوهش، شبیه سازی، طراحی و ساخت سامانه ربات دو چرخ در ابعاد آزمایشگاهی و چگونگی پیاده سازی کنترل کننده مورد نظر به منظور حفظ تعادل ربات است. در گام اول معادلات دینامیکی ربات بدست آمده و در محیط سیمولینک شبیه سازی شده است و نتایج آن توسط نرم افزار تحلیل دینامیکی آدامز صحه گذاری شده است. معادلات دینامیکی بدست آمده، به دو زیرسیستم مجزا شامل یک زیرسیستم با عملگر کافی و یک زیرسیستم دچار کمبود عملگر تفکیک شده است. به منظور رفع مشکل کمبود عملگر نسبت به درجات آزادی سیستم، از تئوری دینامیک-صفر برای طراحی سیستم کنترلی استفاده شده است. برای کنترل پایداری و تعقیب مسیر، طرح تلفیقی کنترل فازی-مود لغزشی ارائه گردیده است. تأثیر اغتشاش در شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته که نتایج نشان می دهد زمانی که حرکت چرخشی اتفاق می افتد، حرکت طولی نسبت به اغتشاش حساس نیست. در گام دوم، مراحل انتخاب اجزای مکانیکی و الکترونیکی و ساخت ربات بر اساس الگوریتم طراحی و ساخت انجام شده است. به منظور پیاده سازی الگوریتم کنترلی، نیاز به زاویه بدنه ربات است که این زاویه با ترکیب زوایای بدست آمده از شتاب سنج و جایروسکوپ و اعمال فیلترهای پایین گذر و بالا گذر روی آن ها به منظور حذف داده های نویزی، محاسبه شده است. در مرحله پیاده سازی، یک کنترل کننده pid برای حفظ تعادل ربات طراحی شده که پارامترهای این کنترل کننده به روش تجربی تنظیم شده است. نتایج موفق پیاده سازی، به ازای زاویه انحراف اولیه و همچنین وارد شدن نیروی اغتشاشی ارائه شده است.