Design of control system of two wheels mobile robot

Cílem této bakalářské práce je návrh řídicího systému dvoukolého mobilního robotu a následná realizace tohoto systému pomocí dostupných senzorických prostředků a platformy Single-Board RIO firmy National Instruments. V úvodu je obecně nastíněna problematika dvoukolých mobilních robotů coby inverzních kyvadel, následuje přehled několika existujících řešení tohoto problému. Dále je popsán konkrétní robot včetně popisu jeho jednotlivých částí a matematického modelu. Následuje hlavní část práce, a to návrh senzorického a řídicího systému. V závěru práce je popsána realizace navrženého systému na uvedeném robotu a jsou zhodnoceny výsledky funkce navrženého systému.The aim of this bachelor thesis is to design control system of a two-wheel mobile robot and to subsequently implement this system using available sensor devices and National Instruments’ Single-Board RIO platform. The introduction briefly describes the general issue of two-wheel mobile robots as inverted pendulums, followed by an overview of several existing solutions to this problem. The following describes used robot including description of its parts and its mathematical model. Then the main part of the work follows, which is design of the sensory and control system. At the end of the thesis, the implementation is described along with evaluation of the stabilization system results.

Electronic throttle

Záměrem této práce bylo provést rozbor současných elektronických škrticích klapek a požadavků na ně kladených. Sestavit matematický model, identifikovat parametry předložené elektronické škrticí klapky, provést verifikaci a na základě toho sestavit simulační model. Byly zvoleny vhodné řídicí a výkonové prvky pro řízení elektronické škrticí klapky. Simulační model byl na základě znalosti parametrů těchto prvků rozšířen. Na tento pak navržen kaskádní regulátor pro řízení výchylky škrticí klapky s podřízenou otáčkovou a proudovu smyčkou. Pomocí navrženého regulátoru byla provedena realizace řízení elektronické škrticí klapky s dostupným výkonovým a řídicím modulem.The aim of this master’s thesis was to analyze the contemporary electronic throttles and the requirements imposed on them. Then to build the mathematical model, identify parameters of the given electronic throttle, proceed the verification and on its basis to build the simulation model. There were selected suitable control and high power components to control the electronic throttle. Due to the knowledge of these parameters the simulation model was extended. For this extended simulation model was designed the position cascade controller with speed and current control loop. Using the designed controller the implementation of the electronic throttle control and the available high power and control module was realized.

Electronic Control Units for Racing Engines

Bakalářská práce se zabývá elektronickým řízením závodních motorů. Toto elektronické řízení vykonává programovatelná řídicí jednotka, která je mozkem veškerých elektronických operací v motoru. Nejprve je popsán princip elektronického řízení. Dále jsou uvedeny programovatelné řídicí jednotky a jejich vlastnosti a specifikace. U jednotky proPDM je uvedeno i potřebné vybavení pro správnou funkci řídicí jednotky. Každý z výrobců používá svůj vlastní software.The bachelor’s thesis deals with the electronic control of racing engines. This procedure performs electronic programmable control unit, which is the brain of all electronic operations in the engine. First is described the principle of electronic control. Further are presented the programmable control units and their features and specifications. The unit proPDM includes necessary equipment for proper function of the control unit. Each of the manufacturers uses their own software.

Traxster Robotic Vehicle

Bakalářská práce pojednává o robotickém vozítku Traxster, navrhuje jeho úpravu na změnu pohonu ze stejnosměrných motorů na BLDC motory (bezkartáčové stejnsměrné motory). Diskutuje hardware nutný k realizaci regulátoru, analyzuje metody jejich řízení a problémy spojené s nimi, zvláště pak problémy s řízením motoru v nízkých otáčkách.Bachelor's thesis deals with the robotic vehicle Traxster, designs its modification for using BLDC motors instead of DC motors for traction. Discusses necessary hardware for implementation of the controller, analyses methods of motor control and problems connected with it, especially the problems with the motor control at low speed.

Universal drive unit

V dokumentu je řešen návrh univerzální pohonné jednotky. U tohoto návrhu se předpokládá, že pohonná jednotka bude řízena pomocí senzorické jednotky umístěné na šasi pohonné jednotky. V teoretické části práce jsou rozebrány možnosti napájení, řízení motoru pomocí PWM, typů podvozku a odometrie, které pro použití v této aplikaci připadají v úvahu. Z této části je pak vybrána konkrétní konfigurace, která je popsána v kapitole zabývající se návrhem pohonné jednotky. Konstrukce zařízení je popsána v kapitole další, kde je popsána konečná konfigurace se všemi náležitostmi zařízení.This document deal with design of universal driving unit. For the final solution is required driving unit which will be controled with help of sensory unit placed on the chassis of driving unit. In theoretical part of this labour are examined possibilities of a power, electric motor operation by PWM, kind of chassis and odometry which could be taken into account. From this section is finally chosen concrete configuration which is then described in chapter concerned oneself with driving unit design. Construction of equipment is shown in next chapter where final configuration of equipment is described.

Small path follower robot

Tato práce se zabývá návrhem a následnou realizací řídicího systému malého robota pro sledování čáry. Na začátku jsou představeny platformy, na kterých je systém postaven. V další části jsou postupně představeny: modul pro sledování čáry (HW,SW), modul pro řízení motorů (HW,SW) a řídící jednotka (HW,SW). Dále je představena konstrukce, na které byl systém testován. Nakonec byly implementovány dva algoritmy pro sledování čáry. Celý systém včetně zásuvných modulů je postaven na mikrokontrolérech firmy Atmel, a to ATmega8 a ATmega328. Ty jsou založeny na open - source platformě Arduino tím, že obsahují Arduino bootloader. Mikrokontroléry využívají ke komunikaci mezi sebou I2C sběrnici. Ke komunikaci s uživatelem využívá řídící jednotka LCD displej a čtyři tlačítka. Pro snímání čáry je použito pět reflexních optočlenů CNY70.This thesis describes the design and subsequent implementation of the control system for small path follower robot. On the introduction are presents the platform´s on which the system was built. In the next section are gradually introduced: A module for following the line (HW, SW), modul for control motors (HW, SW) and the control unit (HW, SW). Then is presents construction on which the system was tested. Finally, there were implemented two algorithms for tracking lines. Whole system, including the plug moduls is built on Atmel microcontrollers, and this ATmega8 and ATmega328. They are based on open - source platform Arduino, because they contain Arduino bootloader. Microcontrollers using I2C bus to communicate each other. Control unit is using to communicate with users LCD display and four buttons. For scanning a line is using five reflective optocoupler CNY70.

Design and Construction of a Two-Wheel Mobile Robot

Tato diplomová práce se zabývá návrhem a konstrukcí dvoukolého mobilního robota. S cílem připravit kvalitní návrh byl nejprve zkonstruován testovací podvozek, který poskytl potřebné informace pro finální návrh a konstrukci. Kromě úvodu a závěru sestává diplomová práce ze čtyř hlavních částí. Zatímco první část práce stručně představuje obor robotiky, teoretická část se věnuje jednak jednotlivým součástem nutným pro konstrukci robota a jednak vozítku Segway, který sloužil jako inspirace pro funkčnost navrhovaného robota. Třetí část práce se soustředí na návrh dvoukolového podvozku. Po charakteristice testovacího podvozku je pozornost věnována jednotlivým metodám stabilizace za využití různých druhů senzorů. Podkapitola o mechanickém návrhu přibližuje výběr dílů a jejich rozmístění, stejně jako návrh pro jejich výrobu. Následuje elektrický návrh zapojení, popisující obvody, jež se jevily pro navrhované zapojení jako nejvhodnější. Čtvrtá část diplomové práce je zaměřena na samotnou konstrukci dvoukolového podvozku a pokrývá následující témata: konstrukci mechanických částí, výrobu elektrických desek, programové vybavení podvozku a jeho implementaci, testování podvozku a na závěr i zhodnocení dosažených výsledků.This diploma thesis deals with a design and construction of a two-wheeled mobile robot. In order to prepare a high-quality project, a testing carriage has been constructed serving as a basis of useful information for the final design and construction. Beside introduction and conclusion, the diploma thesis consists of four main parts. While the first part of the thesis briefly introduces the field of robotics, the theoretical part focuses both on particular components necessary for the robot's construction as well as the Segway vehicle which served as an inspiration for the robot's functionality. After characteristics of a testing carriage, attention is devoted to individual methods of stabilization, with several different types of sensors being used. Furthermore, the chapter on mechanical design examines choice of devices and their position and provides a scheme for their construction. The electrical design follows afterwards, describing circuits that were considered optimal for the designed wiring. The forth part of the diploma thesis concentrates on the construction of a two-wheeled carriage and covers following topics: construction of mechanical components, production of electric boards, programmatic equipment of the carriage and its implementation, testing of the carriage and finally also an evaluation of achieved results.