پروژه ربات دو چرخ خود تعادلی

توضیحات

پروژه 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 .

فیلم زیر عملکرد این ربات را نشان می دهد .