Исследование двухколесного мобильного робота, страница 8

                                                                                        (6.00)

                                                                                                   (6.01)

                                                                                                   (6.02)

                                                                                                   (6.03)

                                                                                                   (6.04)

Получив данные построим модель регулятора горизонтального канала в Matlab Simulink.

Рисунок 26. Модель регулятора для горизонтального канала.

3.5 Расчет регулятора вертикального канала.

Рисунок 27. Регулятор модели обратный маятник.

Приступим к расчету регулятора вертикального канала по формулам:

         (7.01)

(7.02)

(7.03)

(7.04)

(7.05)

(7.06)

(7.07)

(7.08)

(7.09)

(7.10)

(7.11)

Смоделируем в Matlab Simulink, подставив полученные значения:

Рисунок 28. Модель регулятора вертикального канала.

4 Результаты моделирования.

Получив отдельно модели вертикального и горизонтального каналов, а также их регуляторы теперь можем построить объединенную модель[Рисунок 29]:

Рисунок 29. Полная модель мобильного робота.

  На выходе системы имеем 3 канала: вертикальный   отклонение от       вертикали, и два горизонтальных  и угол отклонения и перемещение соответственно.

Далее получим графики для каждого из каналов:

а) Вертикальный канал [Рисунок 30.]

Рисунок 30. График переходного процесса вертикального канала.

         б) Горизонтальный канал S [Рисунок 31.]

Рисунок 31. График переходного процесса перемещение мобильного робота.

        в) Горизонтальный канал  [Рисунок 32.]

Рисунок 32. График переходного процесса поворота тележки.

Заключение

            Перед нами была поставлена задача придумать решение и исследовать двухколесного мобильного робота и теперь пришло время подвести итоги.

            Был проведен обзор различных устройств мобильных роботов, удалось найти и технически идеальный вариант для решения поставленной задачи- это мобильный робот nBot, созданный профессором из  Швеции Дэвидом Андерсоном. Но взять за основу его робот мы не смогли по многим причинам, во-первых его структура слишком сложна для изучения, плюс принцип действия основан на системе гироскопов, а стоимость мобильных гироскопов велика и использование столь сложной и дорогой модели для наших соревнований не рентабельно.

             В результате поиска были выбраны две концепции: робот-тележка и обратный маятник.

             Модель робот-тележка реализована на базе тележки с двумя колесами, каждое из которых имеет отдельный привод. Такая конструкция позволяет  маневрировать за счет разности скорости вращения колес. Двухколесная конструкция имеет существенные преимущества по сравнению скажем с трех или четырехколесной. Но в таком случае существует проблема. Двухколесная тележка должна удерживать равновесие для того чтобы передвигаться. Для решения данной проблемы было решено использовать модель обратного маятника.

            Модель, в нашем случае, представляет собой штангу, закрепленную у основания тележки. Условия соревнований мобильных роботов позволяют нам создать модель не превышающего в высоту 950мм, мы выбрали максимально возможную высоту. Такое решение основано на факте: чем длиннее ось- тем проще сбалансировать основание!

            Далее был произведен расчет двигателя и редуктора, который оптимально подходит для нашей модели, решено было взять реверсивные двигатели постоянного тока производства компании Maxon (Приложение Б) с входным питанием 12 вольт и выходной мощностью 60 ватт. Двигатели имеют достаточно малый вес всего по 250гр. Затем был подобран редуктор  оптимальный для движения нашего мобильного робота.