Embedded controller for balancing type robot

eng Article in English DOI:

send Jakub Tutro *, Krzysztof Wesołowski **, Mariusz Pauluk *, Dariusz Marchewka * * AGH University of Science and Technology ** Technika Obliczeniowa, Kraków

Download Article

Abstract

The article is a summary of the Segway two-wheel balancing robot project. The project included design of the mechanical platform and implementation of control algorithm on the controller. The robot contains digital gyroscopes and DC motors with encoders. The controller based on measurements from the sensors stabilizes the robot in an upright position and allows it to move. The mechanical part was designed using CAD (SolidWorks), and then imported into Simulink environment. The design techniques based on models (Model Based Design) were used.

Keywords

balancing robot, control design, model based design, Segway

Sterownik wbudowany robota balansującego

Streszczenie

Artykuł jest podsumowaniem prac nad projektem robota balansującego typu Segway. W ramach prac zaprojektowano platformę mechaniczną, sterownik elektroniczny oraz zaimplementowano algorytm sterowania robotem. Robot wyposażony jest w cyfrowy żyroskop i silniki prądu stałego z enkoderami. Sterownik w oparciu o odczyty z czujników steruje ruchem robota równocześnie stabilizując jego położenie. Część mechaniczną projektu wykonano przy użyciu oprogramowania CAD (SolidWorks). Zbudowane modele mechaniczne zaimportowano do środowiska MATLAB/Simulink, w którym opracowano i przetestowano sterownik. W trakcie prac wykorzystano techniki projektowania w oparciu o modele (ang. Model Based Design).

Słowa kluczowe

czas rzeczywisty, modelowanie, projektowanie oparte na modelach, robot balansujący, Segway, sterowanie

Bibliography

  1. Grasser F., D’Arrigo A., Colombi S., Rufer A.C., JOE: A Mobile, Inverted Pendulum, “IEEE Transactions On Industrial Electronics”, Vol. 49, No. 1, February 2002, 107-114.
  2. Ghodssi R., Lin P., MEMS Materials and Processes Handbook. Springer, Berlin 2011.
  3. Paprocki K., Mikrokontrolery STM32 w praktyce, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2009.
  4. Pauluk M., Projektowanie algorytmów sterujących w układach sterowanych napięciowo i prądowo [Designing of the control algorithms for systems controlled by voltage or current], „Pomiary Automatyka Robotyka”; 2005 Vol. 8, No. 12, 37-45.
  5. Nicolescu G., Mosterman P.J., Model-Based Design for Embedded Systems (Computational Analysis, Synthesis, and Design of Dynamic Systems), CRC Press Taylor & Francis Group, USA 2010.
  6. Piątek P., Marchewka D., Pauluk M., Automatyczna generacja kodu regulatora dla wbudowanego sterownika układu magnetycznej lewitacji - [Automatic code generation of embedded controller algorithm for magnetic levitation system purposes], [in:] Projektowanie, analiza i implementacja systemów czasu rzeczywistego, praca zbiorowa (red. Trybus L., Samolej S.,), Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2011, 187-196.
  7. Spong M.W., Vidyasagar M., Dynamics and Control of Robots, WNT, Warszawa 1997.
  8. [www.mathworks.com].
  9. [www.segway.com].
  10. [www.solidworks.com].
  11. Welch G., Bishop G., Course 8 - An Introduction to the Kalman Filter, University of North Carolina at Chapel Hill, Siggraph 2001.