Robô autônomo de eixo único

• Autor(a) principal: Futuro, André Leite
• Data de Publicação: 2006
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/7551
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS; Robô de equilíbrio; Pêndulo invertido

O robô de equilíbrio tem como característica principal seu corpo rígido e seu eixo único com duas rodas independentes. Ele é baseado no conceito do pêndulo invertido. A ideia é bem simples: giram-se as rodas na direção em que a parte superior do robô está caindo.Conseguindo fazer com que as rodas permaneçam em baixo do centro de gravidade do robô,mantê-lo-á equilibrado.Diversos e diversificados itens são necessários para fazer esse projeto. Ele envolve mecânica, eletrônica, controle e computação. Uma estrutura de alumínio, contendo mancais,eixos, rolamentos, suporte para motores e pilares para prateleira de acessórios é necessária.Dois motores, com suficiente torque para mover a massa da estrutura e manter as rodas embaixo do centro, devem ser utilizados. Para se controlar o sistema instável, é necessário que um estado seja conhecido para fazer a realimentação. Esse estado é o ângulo de inclinação com a vertical. Obtemos ele utilizando dois sensores de aceleração, postos perpendicularmente entre si e perpendicular ao eixo das rodas, e um giroscópio, também posicionado perpendicular ao eixo das rodas. Assim,os acelerômetros conseguem medir a aceleração da gravidade e o giroscópio a velocidade angular do robô. Um Filtro de Kalman é implementado em um micro-controlador de baixo custo – PIC – para juntar os valores dos sensores e fornecer o resultado. Esse sensor de inclinação foi feito de forma modular, podendo ser utilizado em outros projetos.Com apenas um controle PID já é necessário controlar o sistema instável do robô de balanço. Há um tratamento especial na componente integral, para evitar o efeito Windup do controlador e melhorar a resposta do sistema real às perturbações.O resultado é um robô de 50 cm com apenas duas rodas que consegue permanecer equilibrado na vertical, mesmo sofrendo perturbações externas.