به نام خدا

ساخت ربات دو چرخ خود تعادلی

در این پروژه می خواهیم ساخت یک ربات دو چرخ که خودش تعادل خود را حفظ می کند ( شبیه به پاندول معکوس ) را به شما آموزش دهیم .

همان طور که در شکل می بینید یک ربات دو چرخ خود تعادلی ساخته ایم که از موانع دوری می کند . این ربات دو چرخ توسط برد آردوینو پرو مینی و سنسور شتاب سنج و جایروسکوپ mpu6050 ساخته شده است .

در این آموزش ، کار با سنسور mpu6050 را خواهیم آموخت ، زاویه شیب ربات را توسط این سنسور اندازه خواهیم گرفت ، نحوه استفاده از PID برای حفظ تعادل را نشان خواهیم داد و یک سنسور فاصله آلتراسونیک را هم برای جلوگیری از برخورد به موانع به ربات اضافه خواهیم کرد .

قطعات مورد نیاز برای پروژه ربات دو چرخ خود تعادلی :

• آردوینو پرو مینی
• ماژول GY-521 که برد همان سنسور MPU-6050 است
• درایور موتور DRV8833
• افزاینده ولتاژ ۵ ولت
• سنسور آلتراسونیک US-020
• باتری لیتیوم یون ۳٫۷ ولت مدل NCR18650 ( البته از سایر باتری های لیتیومی هم می توان استفاده کرد به شرط این که جریان ما را تامین کند )
• یک جفت موتور گیربکس دار ۶ ولت ۲۰۰ دور بر دقیقه به همراه بست آن ها
• دو عدد چرخ ۴۲*۱۹ میلی متر
• سه عدد برد سوراخ دار ۴*۶ سانتی متر دو رو
• ۸ عدد پیچ اسپیسر ۲۵ سانتی متر و ۴ عدد مهره

ربات دو چرخ خود تعادلی شبیه به یک پاندول معکوس عمل می کند . پاندول معکوس بر عکس یک پاندول معمولی تمایل به ناپایداری دارد ( مانند موقعی که می خواهید تعادل یک میله را بر روی انگشت خود حفظ کنید ) . موقعی که میله بر روی انگشت شما قرار دارد و به یک جهت کج می شود شما انگشت خود را در همان جهت حرکت می دهید تا تعادل میله را حفظ کنید ، ربات دو چرخ هم به همین صورت عمل می کند یعنی موقعی که ربات به یک طرف کج می شود ، چرخ های ربات به همان جهت حرکت می کنند تا تعادل ربات حفظ شود . در همه حال سعی می کنیم تا مرکز ثقل ربات را دقیقا بالای نقطه محوری ربات نگه داریم .

برای اعمال دستور به موتور ها ما نیاز به یک سری داده داریم . ما باید بدانیم که ربات به کدام جهت در حال افتادن است ، ربات چقدر کج شده و با چه سرعتی در حال افتادن است . همه این اطلاعات را می توان با دریافت داده های سنسور MPU-6050 به دست آورد . ما این ورودی ها را ترکیب می کنیم و سیگنال مناسب را برای حفظ تعادل ربات به چرخ ها اعمال می کنیم .

در این محصول ابتدا نحوه اندازه گیری زاویه با شتاب سنج خطی آموزش داده شده سپس همین زاویه را با جایروسکوپ به دست آورده ایم . بعد از اندازه گیری زاویه توسط این دو قسمت به صورت مجزا ، زاویه را توسط فیلتر کامپلمنتری و از طریق ترکیب داده این دو قسمت به دست آورده ایم تا به دقت بالاتری برسیم . در این محصول الگوریتم PID نیز بررسی شده و توسط این الگوریتم به تعادل رسیده ایم .

برای دانلود و خرید این پروژه به لینک زیر بروید .

فیلم زیر عملکرد این ربات را نشان می دهد .