Construcción y control de un vehículo equilibrista basado en una raspberry pi

Abstract

El presente proyecto pretende diseñar un robot de dos ruedas capaz de mantenerse en posición vertical para fines didácticos. Primero, se ha realizado un estado del arte, en el que se ha hecho un análisis de los vehículos equilibristas que se encuentran actualmente en el mercado. Para este proyecto, el caso de estudio requería centrarse con énfasis en aquellos orientados orientados a docencia ya que el objetivo del proyecto es sustituir a los ya existentes en los laboratorios de control de la universidad. Posteriormente, se analizo cuál sería la estructura más adecuada para su estabilidad y se procedió a diseñar un prototipo en 3D con ayuda de SolidWorks. Para la estructura, se eligió el material conocido como policarbonato por diversos motivos. Entre estos, cabe destacar que es un material resistente, económico y estético. Paralelamente al diseño de la estructura se eligieron todos los componentes electrónicos necesarios para el funcionamiento del sistema. Una vez elegidos los componentes, se procedió a realizar el cableado de dichos componentes, la integración con el microprocesador y se comprobó que el conexionado funcionará correctamente. Al acabar la etapa anterior, se realizó la etapa de software con su sistema de control de cabeceo, filtrado de todas las medidas y el filtro complementario como estimación de estado. Para finalizar, se linealizó el modelo de la planta (vehículo equilibrista) y con el control de realimentación de estado y los filtros mencionados se observó en simulación un resultado adecuado.

The present project aims to design a two-wheel robot capable of holding upright for teaching purposes. First, a state of the art has been made, in which an analysis of the balancing vehicles that are currently on the market has been made. For this project, the case study required to focus with emphasis on those oriented oriented to teaching since the objective of the project is to replace those already existing in the control laboratories of the university. Subsequently, it was analyzed which would be the most suitable structure for its stability and proceeded to design a prototype in 3D with the help of SolidWorks. For the structure, the material known as polycarbonate was chosen for various reasons. Among these, it should be noted that it is a resistant, economic and aesthetic material. Parallel to the design of the structure all the electronic components necessary for the operation of the system were chosen. Once the components were chosen, the wiring of these components was carried out, the integration with the microprocessor was carried out and it was verified that the connection will work correctly. At the end of the previous stage, the software stage was performed with its pitch control system, filtering all the measurements and the complementary filter as status estimation. To finish, the model of the plant (equilibrist vehicle) was linearized and with the control of state feedback and the mentioned filters, an adequate result was observed in simulation.