Controle de um robô equilibrista de duas rodas utilizando lógica Fuzzy

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e a construção de um robô equilibrista de duas rodas e discute o estudo de diferentes métodos de controle empregados, mostrando resultados práticos obtidos com a aplicação das estratégias de controle à um protótipo especialmente desenvolvido para esse fim. O protótipo utiliza uma unidade de medição inercial MPU-6050 que combina um acelerômetro de três eixos e um giroscópio de três eixos como elementos sensores do ângulo do robô, motores de corrente contínua como atuadores, acionados por um circuito integrado L293D para compatibilidade elétrica e um micro controlador, Arduino UNO R3, de 8 bits como unidade de processamento programado através de sua interface de desenvolvimento de software. Todos os circuitos do protótipo são alimentados por uma bateria de Lithium-Polymerum de 11,1V. As características eletrônicas de cada componente foram estudadas para permitir o desenvolvimento do circuito, e então o corpo mecânico foi construído. São apresentados dois tipos de filtro por software para tratamento dos sinais dos sensores, e adotado o Filtro de Kalman para combinar os dados do giroscópio e do acelerômetro. Com esse procedimento foram obtidas leituras mais estáveis de ambos os sensores. O sistema de controle abordado neste trabalho foi desenvolvido utilizando Lógica Fuzzy, também conhecida como Lógica Difusa ou Lógica Nebulosa, para se atingir o equilíbrio do robô em sua posição vertical, naturalmente instável. Após análise dos resultados, pode se notar uma ótima resposta do sistema após a aplicação da estratégia de controle.

Abstract: This work presents main characteristics regarding the construction of a two wheeled self-balancing robot and the different methods to its control, showing practical results obtained from the attempted control method in a prototype model specially designed for this work, using a MPU-6050 IMU (Inertial Measurement Unit) as sensor, which combines a 3 axis accelerometer and a 3 axis gyroscope, DC (direct current) motors as actuators, control driver L293D for electrical compatibility and an AVR 8 bit microcontroller as the processing unit with Arduino Integrated Development Environment (IDE) for programming it, with all the hardware being supplied by a 3S Lithium Polymeric battery. Electronics characteristics from each component are studied to allow hardware design, and so the mechanics body is assembled. Kalman Filter is studied to fuse data from gyroscope and accelerometer in order get stable measurements, once each sensor has peculiar weaknesses. Fuzzy Logic control method is studied and then implemented to keep the robot automatically in the vertical position, so the results are registered and commented.