Diseño, fabricación, montaje, estudio dinámico, control y teleoperación de un vehículo tipo péndulo invertido sobre dos ruedas

Abstract

Se han diseñado en 2d las diferentes piezas que, una vez fabricadas con la cortadora láser del departamento a partir de paneles de madera, se emsamblarán y conformarán el chásis del vehículo. Se ha montado todo el sistema de control (motores, batería, microcontrolador, etc) sobre el chásis, que ha sido especialmente diseñado para poder albergar a cada uno de los diferentes elementos. Se ha diseñado una PCB que se monta sobre el Arduino_Uno y en donde se halla soldada toda la electrónica (drivers, imu, led, etc). De esta manera se hace innecesario el uso de cables, ya que son las pistas de la placa las que unen eléctricamente los diferentes pines. Se ha realizado un estudio dinámico del sistema a través de los postulados de la mecánica vectorial, El Teorema de la Cantidad de Movimiento y El Teorema del Momento Cinético. Se ha realizado una identificación de los parámetros del modelo más difícilmente medibles, como las inercias, a través de un problema de optimización resuelto con Matlab. Se ha diseñado el programa de control que se ejecuta en Arduino, que simula la concurrencia temporal entre las diferentes tareas que debe realizar el microcontrolador (lectura de sensores, aplicación de pasos a los motores, etc), de tal manera que se cumplan los tiempos de repetición de las tareas cíclicas y se respeten las prioridades entre tareas. Se han diseñado e implementado diferentes estrategias de control sobre el sistema. Se ha realizado una comparativa de los mismos bajo multitud de situaciones (perturbaciones tipo pulso a favor y en contra del movimiento, fuerzas constantes, etc.) Se ha llevado a cabo la teleoperacion vía Bluetooch del vehículo a través del mando Numshuk de la consola Wii.

The different pieces have been designed in 2d that, once manufactured with the laser cutter of the department from wooden panels, will be assembled and will conform the chassis of the vehicle. The entire control system (motors, battery, microcontroller, etc.) has been mounted on the chassis, which has been specially designed to house each of the different elements. A PCB has been designed that is mounted on the Arduino_Uno and where all the electronics have been welded (drivers, imu, led, etc). In this way the use of cables is unnecessary, since it is the tracks of the plate that connect the different pins electrically. A dynamic study of the system has been carried out through the postulates of vector mechanics, The Theorem of the Amount of Movement and The Theorem of the Kinetic Moment. An identification of the parameters of the most difficultly measurable model, such as inertias, was made through an optimization problem solved with Matlab. The control program that is executed in Arduino has been designed, which simulates the temporal concurrence between the different tasks that the microcontroller must perform (reading of sensors, application of steps to motors, etc.), in such a way that the times are met of repetition of the cyclical tasks and the priorities between tasks are respected. Different control strategies on the system have been designed and implemented. A comparison has been made of them under a multitude of situations (pulse-type disturbances in favor and against movement, constant forces, etc.) The vehicle has been teleoperated via Bluetooch via the Numshuk control of the Wii console.