Progettazione e realizzazione di una base robotica bilanciante su ...

2 Capitolo 1. IntroduzioneLa fase preliminare del progetto consiste nello studio analitico del problema,che ha portato alla realizzazione di un modello del sistema al fine dianalizzare le relazioni tra forze applicate e moto del robot. Il modello ricavatoè stato inserito in un ambiente di simulazione che ha permesso di dimensionarele componenti necessarie e, in seguito, di studiare il comportamentodei diversi algoritmi di controllo.Il lavoro svolto procede con la progettazione delle parti meccaniche, ricorrendoa soluzioni che soddisfino le richieste di modularità del sistema edi utilizzo di componenti il più possibile standard. Dopo aver realizzato iltelaio sono state progettate le ruote e la trasmissione, ed infine sono statiscelti gli attuatori.Il progetto elettronico ha riguardato la scelta dei sensori utilizzati per lastima dello stato del sistema, il condizionamento dei segnali da essi estrattie la progettazione della logica di controllo basata su microcontrollore. Sonostate infine sviluppate di due diverse soluzioni di potenza per pilotare imotori elettrici.Completata la realizzazione dell’hardware ci si è concentrati sul problemadel controllo. Sono state dapprima implementate soluzioni basate suicontrollori classici di tipo PID e LQR, in grado di mantenere in equilibrioil robot e di inseguire un profilo di velocità. In seguito è stato studiatoun approccio basato sull’apprendimento per rinforzo, tramite cui il sistemaapprende una politica di controllo osservando l’effetto delle azioni che puòintraprendere, senza che sia necessario fornire un modello del moto.L’ultima parte del lavoro consiste nello svolgimento di esperimenti relativialla stima dell’inclinazione del robot tramite i dati forniti dai sensori e nell’analisidelle prestazioni dei differenti algoritmi di controllo. In particolarele informazioni ricavate dal filtraggio dei dati sensoriali sono state confrontatecon le informazioni reali, analizzandone sia l’accuratezza che il ritardo.Le diverse tecniche di controllo sono state testate sul robot registrandoneil comportamento, permettendo di osservare prestazioni e differenze dellesoluzioni implementate.I risultati ottenuti mostrano come attraverso un opportuno filtraggio siapossibile estrarre il valore dell’angolo del robot rispetto alla verticale partendoda sensori rumorosi e dati che contengono informazioni non legate all’inclinazione.I controllori classici implementati mostrano qualità differenti, inquanto l’algoritmo PID, che consente di eseguire una taratura pratica, per-