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Konstruktion, Aufbau und Regelung eines Einradroboters

Written by M. Thümmel

Paper category

Bachelor Thesis

Subject

Engineering

Year

2014

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Abstract

Bachelorarbeit: Die Wahl zwischen zwei Arten von Mechanismen zur Stabilisierung des Einradroboters Der Einradroboter wird durch zwei unabhängige und unterschiedliche Mechanismen stabilisiert. Der Neigungswinkel des Einradroboters in Fahrtrichtung wird durch die Räder am Boden stabilisiert, und der Neigungswinkel der Seitenebene wird durch die Trägheitsräder stabilisiert. Die Details zum Aufbau und zur Funktionsweise werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. Prinzipiell gibt es viele verschiedene mögliche Mechanismen, um diese beiden Neigungswinkel zu stabilisieren. Der im Schubkarrenroboter und andere Forschungsarbeiten in früheren Versionen verwendete Mechanismus wurde in die engere Wahl gezogen. Durch unsere eigene präventive Forschung haben wir auch festgestellt, dass die Verwendung dieser beiden Mechanismen am elegantesten ist. In der Kandidatenliste alternativer Mechanismen zur Stabilisierung des Neigungswinkels der Seitenebene wird nur die Variante des bewegten Schwerpunkts in Frage gestellt. Dazu ist am Einradroboter ein Masseblock angebracht, der motorisch translatorisch oder rotatorisch zur Seite bewegt werden kann. Durch die Lage der Masse kann das Ausgleichsmoment durch die Schwerkraft erzeugt werden, so dass der Einradroboter unter einem bestimmten Neigungswinkel wieder aufgerichtet werden kann. Diese Variante ist in der Praxis erprobt, das Strukturbild befindet sich im Anhang (Abbildung 34). Da der Mechanismus und der PID-Regler den Neigungswinkel der seitlichen Ebene des Einradroboters nicht steuern können, wird diese Variante verworfen. 4 Mathematische Modellierung und Konstruktionsschlussfolgerungen Der zu konstruierende Einradroboter kann im Prozess der Systemtheorie als instabiles nichtlineares System betrachtet werden. Dazu müssen Sie relevante physikalische Größen auswählen, mit denen der Kippvorgang des Schubkarrenroboters beschrieben werden kann. Die relevanten physikalischen Größen, die das System beschreiben, werden in Eingangsgrößen, Ausgangsgrößen, Zustandsgrößen und Konstanten unterteilt. Als Eingangsgröße des Systems wird die Kraft betrachtet, die das Umkippen des Einradroboters verursacht oder entgegenwirkt. Als Ausgangsgröße des Systems wird der Neigungswinkel des Schubkarrenroboters gegenüber der Aufstandsfläche angesehen. Befindet sich der Einradroboter zunächst in einem instabilen Gleichgewichtszustand [14], führt die Störgröße zum Umkippen des Einradroboters. Die Steuerung muss diesem Umkippvorgang entgegenwirken und über Stellgrößen die Kraft erzeugen, die notwendig ist, um das instationäre Gleichgewicht des Einradroboters wiederherzustellen. Zu den Konstanten im Einrad-Robotersystem gehören beispielsweise:-Masse-Trägheitsmoment-ohmscher Widerstand des Kabels im Motorrotor Der Zusammenhang zwischen einer gegebenen Störgröße oder Stellgröße und ihrem Einfluss auf den Winkel wird mit Hilfe einer Differentialgleichung beschrieben der Neigungswinkel. 4.4 Regelkreismodell Nickwinkelverstellung Der Nickwinkel wird durch den Bodenkontakt des Antriebsrades eingestellt. Wenn der Winkel jN6 = 0 ist, wird der Umkippvorgang durch die Schwerkraft erschwert. Durch die Winkelbeschleunigung der Antriebsräder mit gleichem Vorzeichen kann dieser Umkippvorgang verlangsamt oder der Schubkarrenroboter wieder gerade ausgerichtet werden. Die Winkelbeschleunigung des Antriebsrades wird von einem Gleichstrommotor erzeugt. Es ist zu beachten, dass sich alle in diesem Kapitel verwendeten Symbole auf das Subsystem beziehen, das den Nickwinkel steuert. In Kapitel 4.5 sind die verwendeten Symbole gleich, beziehen sich jedoch auf das zur Einstellung des Rollwinkels verwendete Subsystem. Das Pendel ist ein drehbarer Teil des Schubkarrenroboters, der auf den Antriebsrädern montiert ist. Die Masse des Pendels wird im Modell als Punktmasse dargestellt, wobei die Massenverteilung beliebig sein kann. Im dargestellten Fall als Verbindung zwischen Punktmasse und Antriebsrad ist die Stange masselos. Daher liegt der Schwerpunkt des Pendels im Massenpunkt [13]. Die mit dem Antriebsrad fest verbundenen Teile und das Antriebsrad selbst werden als Flurförderzeuge bezeichnet.Zu den Teilen des Flurförderzeugs gehören das Antriebsrad, die Welle zwischen Motor und Antriebsrad, der Motorrotor und eventuell antreibbare Zahnräder. Ausstellungsstück. 4.4.2 Modellierung von Reibungskräften Da Reibungskräfte schwer zu modellieren sind, werden sie bei der Ermittlung der Differentialgleichungen zunächst ausgeschlossen und am Ende näher betrachtet. Daher liegt der Drehpunkt des Pendels auf der Welle am Antriebsrad. Die folgenden Gleichungen (1)-(14) sind nicht selbst hergeleitet, sondern stammen aus tatsächlichen Erklärungen [1]. Die Ableitung der Differentialgleichungen dieses Teilsystems basiert auf der Schnittkraftmethode der Technischen Mechanik. Aus diesem Grund werden Pendel und Konsole als voneinander getrennt betrachtet und die Verbindung zwischen beiden durch virtuelle Schnittkräfte mit entgegengesetztem Vorzeichen hergestellt. Die Induktivität der Rotorwicklung wird in erster Näherung vernachlässigt, da deren Induktivität bei Verwendung eines kleinen Motors sehr gering ist. Da eine hohe Pulsweitenmodulation (PWM)-Frequenz verwendet wird, sollte die Näherung weiter untersucht werden, damit die Impedanz der Induktivität eine Rolle spielen kann. Es ist zu beachten, dass die auf das Trägheitsmoment JS bezogene Drehachse durch den Schwerpunkt des Pendels verläuft, nicht durch den Drehpunkt des Antriebsrades. Dies ist eine Näherung, die weiter untersucht werden sollte. Diese Näherung beruht darauf, dass die Reibung zunächst nicht berücksichtigt wird. Wenn das Pendel umfällt, gleitet der Wagen vorwärts oder rückwärts. Read Less