Cílem této Diplomové práce je navrhnout a zkonstruovat autonomního dvoukolového balančního robota. Tento typ robota pro jeho přirozenou nestabilitu je vhodný pro testování řídicích a stabilizačních algoritmů. Navržený řídicí systém pro nestabilní podvozek balančního robota je realizován diskrétní řídicí jednotkou, akčními členy a inerciální měřící jednotkou složenou z akcelerometru a gyroskopu. Na fyzickém modelu robota byl otestován řídicí a stabilizační algoritmus a bylo dosaženo pozitivních výsledků. Takto navrhnutý systém nabízí řadu uplatnění pro budoucí rozvoj v této problematice.
Anotace v angličtině
The aim of the diploma thesis is to design and construct a two-wheeled autonomous balancing robot. Due to natural instability this type of robot is suitable for testing stability and control algorithms. The proposed control system for an unstable chassis of a balancing robot is realized by a discrete control unit, actuators and an inertial measurement unit consisting of an accelerometer and a gyroscope. The physical model of the robot was tested by stabilization a control algorithm, and positive results were achieved. This proposed system offers many applications for future development in this area.
Cílem této Diplomové práce je navrhnout a zkonstruovat autonomního dvoukolového balančního robota. Tento typ robota pro jeho přirozenou nestabilitu je vhodný pro testování řídicích a stabilizačních algoritmů. Navržený řídicí systém pro nestabilní podvozek balančního robota je realizován diskrétní řídicí jednotkou, akčními členy a inerciální měřící jednotkou složenou z akcelerometru a gyroskopu. Na fyzickém modelu robota byl otestován řídicí a stabilizační algoritmus a bylo dosaženo pozitivních výsledků. Takto navrhnutý systém nabízí řadu uplatnění pro budoucí rozvoj v této problematice.
Anotace v angličtině
The aim of the diploma thesis is to design and construct a two-wheeled autonomous balancing robot. Due to natural instability this type of robot is suitable for testing stability and control algorithms. The proposed control system for an unstable chassis of a balancing robot is realized by a discrete control unit, actuators and an inertial measurement unit consisting of an accelerometer and a gyroscope. The physical model of the robot was tested by stabilization a control algorithm, and positive results were achieved. This proposed system offers many applications for future development in this area.
Cílem práce je návrh konstrukce, jeho realizace a řízení nestabilního podvozku mobilního robotu. Bude realizován návrh mechanické konstrukce a elektronické řídicí jednotky podvozku. Podvozek bude realizován jako dvoukolový (typu "Seegway") a řídicí jednotka bude realizována jednočipovým mikropočítačem ATmel řady ATmega. Řídicí jednotka bude stabilizovat polohu nestabilního podvozku a umožňovat pohyb podvozku po předem stanovené trajektorii.
Teoretická část:
V teoretické části bude provedena rešerše zadaného tématu, rozbor principu použitých snímačů a akčních členů použitých v aplikaci. Dále bude provedena volba vhodného typu řídicího mikropočítače.
Implementační část:
Bude proveden návrh mechanického řešení zařízení a elektronické řídicí jednotky. Dále bude následovat popis realizace návrhu a tvorba příslušného řídicího software. Závěrem bude provedeno ověření funkce realizovaného zařízení jeho testováním, s prezentací jeho výsledků.
Požadavky na studenta:
Znalost návrhu a realizace mechanického a elektronického systému a programování jednočipových mikropočítačů.
Zásady pro vypracování
Cílem práce je návrh konstrukce, jeho realizace a řízení nestabilního podvozku mobilního robotu. Bude realizován návrh mechanické konstrukce a elektronické řídicí jednotky podvozku. Podvozek bude realizován jako dvoukolový (typu "Seegway") a řídicí jednotka bude realizována jednočipovým mikropočítačem ATmel řady ATmega. Řídicí jednotka bude stabilizovat polohu nestabilního podvozku a umožňovat pohyb podvozku po předem stanovené trajektorii.
Teoretická část:
V teoretické části bude provedena rešerše zadaného tématu, rozbor principu použitých snímačů a akčních členů použitých v aplikaci. Dále bude provedena volba vhodného typu řídicího mikropočítače.
Implementační část:
Bude proveden návrh mechanického řešení zařízení a elektronické řídicí jednotky. Dále bude následovat popis realizace návrhu a tvorba příslušného řídicího software. Závěrem bude provedeno ověření funkce realizovaného zařízení jeho testováním, s prezentací jeho výsledků.
Požadavky na studenta:
Znalost návrhu a realizace mechanického a elektronického systému a programování jednočipových mikropočítačů.
Seznam doporučené literatury
ŠULC, B., VÍTEČKOVÁ, M.(2004) Teorie a praxe návrhu regulačních obvodů. Vydavatelství ČVUT Praha, 2004.
MIKLEŠ, J., FIKAR, M. (2004) Modelovanie, identifikácia a riadenie procesov 2. Identifikácia a optimálne riadenie. STU v Bratislave, 2004.
MATOUŠEK DAVID(2006) Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR - 3.díl edice uP a praxe 2.vydání, BEN technická literatura, 2006, ISBN 80-7300-209-4.
PLÍVA ZDENÉK (2010) Eagle Prakticky, BEN-technická literatura, 2010, ISBN 978-80-7300-252-7.
ZÁHLAVA VÍT (2010) Návrh a konstrukce DPS, BEN-technická literatura, 2010, ISBN 978-80-7300-266-4.
Seznam doporučené literatury
ŠULC, B., VÍTEČKOVÁ, M.(2004) Teorie a praxe návrhu regulačních obvodů. Vydavatelství ČVUT Praha, 2004.
MIKLEŠ, J., FIKAR, M. (2004) Modelovanie, identifikácia a riadenie procesov 2. Identifikácia a optimálne riadenie. STU v Bratislave, 2004.
MATOUŠEK DAVID(2006) Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR - 3.díl edice uP a praxe 2.vydání, BEN technická literatura, 2006, ISBN 80-7300-209-4.
PLÍVA ZDENÉK (2010) Eagle Prakticky, BEN-technická literatura, 2010, ISBN 978-80-7300-252-7.
ZÁHLAVA VÍT (2010) Návrh a konstrukce DPS, BEN-technická literatura, 2010, ISBN 978-80-7300-266-4.
Přílohy volně vložené
CD ROM, zdrojový kód a schéma.
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Hlavním cílem diplomové práce byl návrh, realizace a řízení nestabilního podvozku mobilního robotu. Cílem řízení podvozku robotu byla stabilizace polohy těla robotu ve vzpřímené poloze a eliminiace poruch vedoucích k destabilizaci této polohy. Následným úkolem bylo umožnění pohybu podvozku robotu po příslušné, předem zvolené trajektorii. Diplomant prokázal správnost svého řešení zkušebním, testovacím, provozem realizovaného zařízení, kdy otestoval jak správnost návrhu jednotlivých funkčních bloků systému, tak i funkci kompletního konstrukčního řešení jako celku, včetně realizovaného software použitého jednočipového mikropočítače. Cíl práce byl splněn, diplomant prokázal schopnost úspěšně samostatně řešit zadaný úkol.