Modelagem e desenvolvimento de um robô equilibrista (ballbot) com aplicação de um controle PID (2016)
- Authors:
- USP affiliated author: GASPARINO, MATEUS VALVERDE - EESC
- School: EESC
- Subjects: IMAGEM 3D; IMPRESSÃO; ROBÓTICA
- Keywords: 3D Printing; Ballbot; Controle PID; Impressão 3D; Inverted pendulum; PID control; Pêndulo invertido; Robotics
- Language: Português
- Abstract: Este projeto tem como objetivo resumir e assimilar o conteúdo visto dentro do curso de Engenharia Mecatrônica relacionado à área de modelagem e controle de sistemas dinâmicos com o projeto e desenvolvimento de um protótipo de baixo custo de um robô do tipo ballbot, um dispositivo que se equilibra em cima de uma bola, formando um pêndulo invertido de duas dimensões. Sendo assim, visa-se a elaboração de um modelo matemático que represente a dinâmica do sistema e um controle do tipo PID tornando o sistema estável. Um modelo 3D em CAD é desenvolvido de forma a possibilitar a extração dos parâmetros físicos do robô, como a massa e o momento de inércia do sistema, e utilizado posteriormente para a criação das peças a partir da técnica de impressão 3D. Dessa maneira, foi projetado e construído um protótipo de modo a representar o sistema elaborado em CAD, funcionando de forma semelhante às equações encontradas do sistema dinâmico. Correções entre os modelos matemático e físico foram feitas de forma a melhor representar a realidade. Testes experimentais foram executados com o dispositivo, utilizando os ganhos de controle obtidos pelas simulações computacionais realizadas, e uma comparação é feita com os ganhos obtidos experimentalmente. Percebe-se que o protótipo construído se comporta de maneira agressiva utilizando-se os ganhos obtidos pela simulação. Ao realizar uma calibração dos ganhos de forma experimental, nota-se que o ganho derivativo amplifica os ruídos que não foram modelados anteriormente, e ao o diminuir, o robô passa a se comportar de maneira mais estável. Conclui-se que, embora o ganho derivativo deva ser atenuado, o controlador PID encontrado através dos cálculos funcionam no protótipo real, e portanto os modelos adotados estão corretos. Verifica-se que algumas melhoras podem ser feitas em trabalhos futuros, de forma a melhorar aperformance do projeto, dentre essas melhorias: utilização de rolamentos nos rolos das rodas omnidirecionais, diminuindo folgas na movimentação das rodas; adoção de motores que iniciem seu funcionamento com pequenas tensões de entrada, de modo a diminuir a zona morta de funcionamento; aplicação de odômetros nos motores, possibilitando um controle de posição do robô
- Imprenta:
- Place of publication: São Carlos
- Date published: 2016
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ABNT
GASPARINO, Mateus Valverde. Modelagem e desenvolvimento de um robô equilibrista (ballbot) com aplicação de um controle PID. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2016. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/6277e683-2a50-4234-8855-6e0f72db2052/Gasparino_Mateus_Valverde_tcc.pdf. Acesso em: 09 maio 2024. -
APA
Gasparino, M. V. (2016). Modelagem e desenvolvimento de um robô equilibrista (ballbot) com aplicação de um controle PID (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/6277e683-2a50-4234-8855-6e0f72db2052/Gasparino_Mateus_Valverde_tcc.pdf -
NLM
Gasparino MV. Modelagem e desenvolvimento de um robô equilibrista (ballbot) com aplicação de um controle PID [Internet]. 2016 ;[citado 2024 maio 09 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/6277e683-2a50-4234-8855-6e0f72db2052/Gasparino_Mateus_Valverde_tcc.pdf -
Vancouver
Gasparino MV. Modelagem e desenvolvimento de um robô equilibrista (ballbot) com aplicação de um controle PID [Internet]. 2016 ;[citado 2024 maio 09 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/6277e683-2a50-4234-8855-6e0f72db2052/Gasparino_Mateus_Valverde_tcc.pdf
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