LRT Balancierender Zweiradroboter

LRT
Balancierender Zweiradroboter
Labor für Regelungstechnik
Stefan Kammerl
Johannes Milaev
Simon Prantl
Prof. Dr.-Ing. Ralph Schneider
Vorgehensmodell
Anforderungen
Mit dem LEGO® MINDSTORMS® Systems soll ein selbst
balancierender Roboter konstruiert und geregelt erden, welcher
eine Wippe überqueren und einem Hindernis ausweichen kann.
Die Art und Weise der Hindernisse ist dabei nicht näher
beschrieben.
Bei der Bearbeitung orientiert man sich an dem V-Zyklus als
Vorgehensmodell.
Test/Prüfung
Systemanforderungsanalyse
Daraus ergeben sich folgende Arbeitspakete welche unter
anderem zu bearbeiten sind:
•Konstruktion des Roboter,
•Auswahl der Sensorik und Aktorik,
•Entwurf der Regelungsstrategie,
•Simulation des Segway
•Regelung in MATLAB® SIMULINK®
•Implementierung der Regelung
Abnahme
Test/Prüfung
Systemtest
System Design
Test/Prüfung
Systemarchitektur
Integrationstest
Test/Prüfung
Modul Tests
Modul Design
Coding
Konstruktion
1.
2.
2.
4.
5.
6.
Programmablaufsplan
Ultraschallsensor:
Hindernis erkennen
Start
1
Gyrosensor
und
Rotationssensoren
6
Balancieren
(Hauptprogramm
– immer aktiv)
5
NXT-Baustein:
Signalverarbeitung und
Regelung
Vorwärtsfahrt beenden
Tastsensor
EOPD – Sensor:
Abgrund erkennen
Ja
Vorwärtsfahrt
an/ab-geschaltet?
2
an
Zurücksetzen
Vorwärtsfahrt starten
Abstandsmessung
mit
UItraschallsensor
3
Servomotoren:
Aktorik
Synchronisation
inaktiv
Hindernis
< 30 cm voraus?
Nein
ODER
Abgrund voraus?
4
Nein
Synchronisation aktiv
Für die Bearbeitung im V-Zyklus werden die Arbeitsschritte in
Module eingeteilt. Diese Einteilung folgt dem Vorbild eines
Blockschaltbildes des Standardregelkreises.
Diese Sind:
• Reale Regelstrecke
• Messeinrichtung
• Stelleinrichtung
• Regelglied
Um das Störverhalten zu untersuchen, wird bei 5 Sekunden ein
Störsignal mit der Beschleunigung von 7,5 m/s2 und der Dauer
von 1 Sekunde eingeleitet. Die Dauer der Simulation beträgt
15 Sekunden. Dargestellt wird der Roboter-Torso-Winkel.
z(t)
yR(t)
Stelleinrichtung
r(t)
Messeinrichtung
y(t)
Winkelmessung
mit
Rotationssensor
Simulationsergebnisse
Einteilung in Programmteile
Regelglied
Drehung
Abgeschlossen?
Ja
Nein
Gyrosensor:
Balancieren
e(t)
Ja
Drehung um 90°
Abtastung
mit
EOPD Sensor
Tastsensor:
Vorwärtsfahrt ein-/ausschalten
w(t)
ab
Regelstrecke
x(t)
Projektarbeit bei Dr.-Ing. Schneider | WS 2010/2011 | Gruppe 4

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