طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود پرواز

طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود پرواز

در این پروژه ابتدا با معرفی و توضیح حوزه روبات های پرنده با ساختار عمود پرواز چهار ملخه آشنا می شویم . سپس با استفاده از مدل دینامیکی و روابط حاکم ، کنترلر بهینه ایی بر مبنای PID برای آن طراحی می کنیم . پس از شبیه سازی ، آن را پیاده سازی کرده و نتایج را بررسی خواهیم کرد .

کلید واژه:روبات ، پرنده ، Quad rotor ، Quad copter ، PID .

 فهرست مطالب

فهرست شکل‌‌ها‌ج

فصل 1 - مقدمه. 3

1-1 پیشگفتار3

1-2معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین 4

1-3- معرفی Quadrotor. 6

1-4 مدل ریاضی 8

فصل 2-سخت افزار12

2-1 اجزای اصلی 12

2-1-1- میکرو کنترلر اصلی 13

2-1-2- نگاهی دقیق تر به میکرو کنترلر و توانمندی های آن 15

2-1-3- معرفی ESC 22

2-1-4- معرفی موتورهای BLDC 23

2-1-5- معرفی سنسور IMU 25

2-1-6- معرفی سنسور آلتراسونیک 29

2-1-7- برد اتصالIOIO. 30

2-1-8- مبدل USB به TTL. 32

فصل 3-شبیه سازی 34

3-1-معرفی موتور Unity3d. 34

3-2-معرفی کنترلر PID 35

3-2-1- بررسی تاثیر پارامترها بر سیستم 36

3-2-2- طراحی کنترلر و تنظیم آن ( روش زایگلر – نیک )38

3-2-3- مقایسه PID استاندارد و دیجیتالی ( گسسته )40

3-3 مقایسه انواع فیلترها42

3-3-1- فیلتر کالمن 42

3-3-2- فیلتر DCM 43

3-4نتایج شبیه سازی –PID استاندارد. 47

فصل 4-بخش عملی 49

4-1 ساخت بدنه. 49

فصل 5-نرم افزار55

ضمیمه ها 65

نتیجه گیری 67

منابع و مراجع 68

فهرست شکل‌‌ها

عنوان صفحه

شکل 1 : انواع روبات پرنده5

شکل 2 : مقایسه روبات های پرنده5

شکل 3 : نحوه چرخش ملخ ها6

شکل 4 : نحوه حرکت روبات. 7

شکل 5 : مدل دینامیکی روبات. 8

شکل 6 : دیاگرام داخلی روبات. 12

شکل 7 : نمای داخلی میکرو xmega128. 15

شکل 8 : دیاگرام ارتباط داخلی میکروکنترلر. 18

شکل 9 : نحوه تولید سیگنال esc. 22

شکل 10 : نمای داخلی موتور BLDC. 24

شکل 11 : نمای داخلی سنسور شتاب سنج 27

شکل 12 : شماتیک داخلی مدار سنسور imu. 28

شکل 13 : سنسور ultrasonic. 29

شکل 14 : ماژول واسط گوشی تلفن همراه و مدار اصلی 30

شکل 15 : شماتیک داخلی مدار واسط. 31

شکل 16 : مبدل usb به TTL. 32

شکل 17 : شماتیک داخلی مبدل usb بهTTL. 32

شکل 18 : مدل شبیه سازی شده روبات. 34

شکل 19 : کنترل فرآیند با فیدبک حلقه بسته. 35

شکل 20 : تاثیر افزایش بهره p. 36

شکل 21 : تاثیر افزایش بهره I36

شکل 22 : تاثیر افزایش بهره D 37

شکل 23 : دیاگرام سیستم حلقه بسته با اغتشاش 38

شکل 24 : پاسخ پله سیستم حلقه بسته. 38

شکل 25 : جدول زایگلر - نیک. 39

شکل 26 : نحوه از بین رفتن اثر نویز با فیلتر کالمن 43

شکل 27 : نتایج بدست آمده از شبیه سازی 47

شکل 28 : مراحل ابتدایی ساخت بدنه. 49

شکل 29 : بدنه ساخته شده در مرحله اول 50

شکل 30 : قفس تست ساخته شده51

شکل 31 : روبات آماده شده با اتصال چهار ملخ 52

شکل 32 : روبات ساخته شده در مرحله نهایی 53

شکل 33 : شماتیک داخلی سخت افزار روبات. 66