Předkládaná práce popisuje problematiku balancujících dvoukolových robotů na principu inverzního kyvadla a způsoby použitelné k jejich řízení. Dále jsou uvedeny základní komponenty, které jsou dále použity v praktické části, která zohledňuje vhodný návrh, vlastní sestavení, naprogramování a kompletní realizaci funkčního prototypu dvoukolového robota ovládaného pomocí mobilní aplikace. Poslední kapitola je zaměřena na patřičné otestování sestrojeného prototypu a zhodnocení dosažených výsledků, a to včetně odhadu jeho cenové a časové náročnosti.
Annotation in English
This thesis describes the problem of balancing two-wheeled robots based on the inverse pendulum principle and the methods used to control them. Furthermore, the basic components are presented, which are then used in the practical part, which takes into account the appropriate design, actual assembly, programming and complete implementation of a functional prototype of a two-wheeled robot controlled by a mobile application. The last chapter focuses on the proper testing of the developed prototype and the evaluation of the achieved results, including the estimation of its cost and time requirements.
Keywords
dvoukolový robot, inverzní kyvadlo, nestabilní systém, PID regulace, Bluetooth ovládání
Keywords in English
two-wheeled robot, inverted pendulum, unstable system, PID control, Bluetooth control
Length of the covering note
117 s (19810 znaků)
Language
CZ
Annotation
Předkládaná práce popisuje problematiku balancujících dvoukolových robotů na principu inverzního kyvadla a způsoby použitelné k jejich řízení. Dále jsou uvedeny základní komponenty, které jsou dále použity v praktické části, která zohledňuje vhodný návrh, vlastní sestavení, naprogramování a kompletní realizaci funkčního prototypu dvoukolového robota ovládaného pomocí mobilní aplikace. Poslední kapitola je zaměřena na patřičné otestování sestrojeného prototypu a zhodnocení dosažených výsledků, a to včetně odhadu jeho cenové a časové náročnosti.
Annotation in English
This thesis describes the problem of balancing two-wheeled robots based on the inverse pendulum principle and the methods used to control them. Furthermore, the basic components are presented, which are then used in the practical part, which takes into account the appropriate design, actual assembly, programming and complete implementation of a functional prototype of a two-wheeled robot controlled by a mobile application. The last chapter focuses on the proper testing of the developed prototype and the evaluation of the achieved results, including the estimation of its cost and time requirements.
Keywords
dvoukolový robot, inverzní kyvadlo, nestabilní systém, PID regulace, Bluetooth ovládání
Keywords in English
two-wheeled robot, inverted pendulum, unstable system, PID control, Bluetooth control
Research Plan
1. Vypracujte literární rešerši na dané téma.
2. Navrhněte a realizujte funkční prototyp 2-kolového robota pro didaktické účely, ovládaného mobilním zařízením.
3. Pro tyto účely vyberte a implementujte vhodné HW i SW řešení tak, aby bylo možno daný model jednoduchou formou ovládat pomocí mobilního telefonu pod OS Android.
4. Navrhněte vhodný řídicí algoritmus zabezpečující stabilizaci robota a jeho pohyb v požadovaném směru.
5. Vytvořený prototyp důkladně otestujte a kriticky zhodnoťte dosažené výsledky.
6. V závěru odhadněte ekonomickou náročnost výroby daného modelu a posuďte jeho vhodnost pro didaktické a propagační účely.
Research Plan
1. Vypracujte literární rešerši na dané téma.
2. Navrhněte a realizujte funkční prototyp 2-kolového robota pro didaktické účely, ovládaného mobilním zařízením.
3. Pro tyto účely vyberte a implementujte vhodné HW i SW řešení tak, aby bylo možno daný model jednoduchou formou ovládat pomocí mobilního telefonu pod OS Android.
4. Navrhněte vhodný řídicí algoritmus zabezpečující stabilizaci robota a jeho pohyb v požadovaném směru.
5. Vytvořený prototyp důkladně otestujte a kriticky zhodnoťte dosažené výsledky.
6. V závěru odhadněte ekonomickou náročnost výroby daného modelu a posuďte jeho vhodnost pro didaktické a propagační účely.
Recommended resources
1. KNAPIK, D.; KOLEK, K.; ROSOL, M. a TURNAU, A. Autonomous, reconfigurable mobile vehicle with rapid control prototyping functionality. Online. IFAC-PapersOnLine. 2019, roč. 52, č. 8, s. 13-18. ISSN 24058963. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.08.041. [cit. 2023-11-09].
2. JIMÉNEZ, A.; JIMÉNEZ, F. a RUGE, I. Modeling and Control of a Two Wheeled Self-Balancing Robot: a didactic platform for control engineering education. Online. In: Proc. 18th LACCEI Int. Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology. Latin American and Caribbean Cons. of Engineering Institutions, 2020. ISBN 9789585207141. Dostupné z: https://doi.org/10.18687/LACCEI2020.1.1.556. [cit. 2023-11-09].
3. CHAROUS, Z. Modelování a řízení 2-kolového nestabilního transportéru Inteco. Zlín, 2021. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.
4. HESS, L. Návrh dvoukolového autonomního robota. Brno, 2013. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství.
5. KADLEC, T. Konstrukce a řízení nestabilního podvozku mobilního robotu. Pardubice, 2014. Diplomová práce. Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky.
6. BALÁTĚ, J. Automatické řízení. Praha: BEN, 2004. ISBN 978-80-7300-148-3.
7. SKOGESTAD, S. a POSTLETHWAITE, I. Multivariable feedback control: analysis and design. Chichester: Wiley, 2008. ISBN 0-470-01168-8.
Recommended resources
1. KNAPIK, D.; KOLEK, K.; ROSOL, M. a TURNAU, A. Autonomous, reconfigurable mobile vehicle with rapid control prototyping functionality. Online. IFAC-PapersOnLine. 2019, roč. 52, č. 8, s. 13-18. ISSN 24058963. Dostupné z: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2019.08.041. [cit. 2023-11-09].
2. JIMÉNEZ, A.; JIMÉNEZ, F. a RUGE, I. Modeling and Control of a Two Wheeled Self-Balancing Robot: a didactic platform for control engineering education. Online. In: Proc. 18th LACCEI Int. Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology. Latin American and Caribbean Cons. of Engineering Institutions, 2020. ISBN 9789585207141. Dostupné z: https://doi.org/10.18687/LACCEI2020.1.1.556. [cit. 2023-11-09].
3. CHAROUS, Z. Modelování a řízení 2-kolového nestabilního transportéru Inteco. Zlín, 2021. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.
4. HESS, L. Návrh dvoukolového autonomního robota. Brno, 2013. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství.
5. KADLEC, T. Konstrukce a řízení nestabilního podvozku mobilního robotu. Pardubice, 2014. Diplomová práce. Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky.
6. BALÁTĚ, J. Automatické řízení. Praha: BEN, 2004. ISBN 978-80-7300-148-3.
7. SKOGESTAD, S. a POSTLETHWAITE, I. Multivariable feedback control: analysis and design. Chichester: Wiley, 2008. ISBN 0-470-01168-8.
