EnglishSvenska

Back to robot building

Efter ett års uppehåll (främst på grund av den tid som jag spenderat med Formula Student) är jag tillbaka till robotbyggande. Projektet nu är att bygga om den självbalanserande roboten och göra ett antal förbättringar.

  • Atmel ARM32 Arduino Due istället för 3 små micro controllers. Bättre design.
  • LCD display
  • Improved IMU
  • More robust connectors and neater wiring
  • Bluetooth
  • Wireless programming
  • Realtidsoperativsystem (RTOS) för att schemalägga trådar på processorn. Bättre än nuvarande lösning där trådarna delades upp på flera processorer.

 

Tagged with: ,

Den självbalanserande roboten fungerar ganska bra

I videon kan man se att roboten håller sig på någorlunda samma ställe på golvet och klarar av att ta emot lättare stötar. För att uppnå detta kaskadkopplade jag två PID-regulatorer och la till lågpassfilter på både hjulens rotationshastighet och robotens lutning.

Mikroprocessorer

Eftersom en Arduino inte har väldigt mycket processorkraft valde jag att använda totalt 3 mikroprocessorer:

  1. En standalone Arduino Uno tar pulser från varvtalsmätaren på varje hjul och omvandlar detta till en hastighet. Hastigheten skickas till huvuddatorn.
  2. En till standalone Arduino Uno för att visa och justera parametrar. Driver också displayen. Parametrarna skickas till huvuddatorn.
  3. Arduino Leonardo är huvuddatorn. Den tar emot information från konsolen och motorhastighetsmätaren via I2C.

Reglerteknik

Två kaskadkopplade PID-regulatorer. Den första har hastighet som setpoint (alltid 0 i det här fallet) och lutning som output. Om roboten rullar framåt kommer regulatorn att få ett positivt är-värde och skicka ut en negativt utsignal. Detta innebär att roboten kommer att vilja luta bakåt för att bromsa upp hastigheten.

PID-regulatorn nummer 2 tar hand om robotens vinkel relativt golvet. Börvärdet är utsignal från den tidigare PID-regulatorn. Normalt kommer börvärdet att variera från -3 till 3. Noll motsvarar att roboten ska stå helt rakt upp. Utsignalen kopplas till motorstyrningen och varierar från -100 till 100. -100 motsvarar full spänning till motorerna i bakåtriktning.

För att få renare insignaler används FIR-filter på både vinkel och hjulens hastighet. Lågpassfilter gör att snabba förändringar (exempelvis sensorbrus) inte släpps igenom.

Till vinkeln relativt golvet används en IMU med accelerometer och gyro. Ett komplementärfilter kombinerar signalerna från dessa och ger en utsignal som går att använda.

Källkod

Jag hade som mål att all kod till detta projekt ska vara öppen och finnas att hämta på github. I readme finns länkar till bibliotek jag använt.

Förbättringar som skulle kunna göras

  • Bättre parametrar till FIR-filter. Mycket skulle nog kunna göras på hjulhastigheten för att inte få en lika hackig gång.
  • On-the-fly-programmering över luften med Xbee. Detta gör att man kan skicka helt ny kod till roboten utan usb-kabel. Gör programmeringen smidigare.
  • Radiostyrning vore kul.

Foton

Komponenter

Lägger också upp cad och ritningar.

Tagged with: , ,

Framsteg med roboten

Min självbalanserande robot visar nu tydliga tendenser till att faktiskt kunna stå. Se själv:

Problemet ser ut att vara att den inte bromsas upp helt när den väl börjat luta. Jag ska testa att återkoppla hjulens hastighet för att på så sätt få en svag översvängning vilket borde bromsa upp roboten.

Tagged with: ,

Tidigt test av självbalanserande robot


Jag kommer behöva justera PID för att få den självbalanserande. Det är för stora översvängningar och den beter sig väldigt oroligt. Uppdaterar när jag får bättre stabilitet.

Tagged with: , ,

Andra steget till en självbalanserande robot

Jag har nu fått tillräckligt många delar för att börja montera roboten.

Jag blev tvungen att borra upp hålen något för att få dem att passa M3.

Accellerometern sätts så nära motoraxeln som möjligt.

Smart grej för att dra åt alla muttrar är att ta en skruvdragare, en bit tejp och därefter snurra den gängade stången. Håll fast muttern med fingrarna och låt borrmaskinen göra jobbet. Annars tar det ett bra tag att få dit alla 24 muttrar.

Såhär ser den ut just nu:

Tagged with:

Första steget till en självbalanserande robot

Nu ikväll gjorde jag cad och beställde delar till att göra en egen självbalanserande robot. Kommer att använda Arduino som mikroprocessor och en liten 6 degrees of freedom som tilt-sensor.

Cadden på bilderna är inte helt klar men jag tror att de flesta delar är på sin rätta plats.

Uppdatterar med nya blogginlägg allt eftersom framsteg blir gjorda.

[Uppdatering 2012-06-12] Skruvförband på plats

La till skruvförband till motorfäste, hjul och de stängerna. Uppdaterade bilder:

Tagged with: