roboforum.ru

Eruman писал(а):Посмотрел на fischertechnik, дорогой он, по-моему. А на простых деталях такого балансира собрать нереально?

Почему нереально. Мне кажется 1 любая серва постоянного вращения, любой контроллер и гироскоп одноосевой (ну еще акк ессно) - это минимум деталей для простого балансира. Корпус можно сделать из детского конструктора или алюминиевых уголков например.

Сервы будет маловато. Желательная скорость вращения 300об\мин
Раму можно сделать из оргстекла 3-4мм и соединить четырьмя штангами с резьбой М4
Колеса 90-100мм... Моторы лучше брать с энкодером. Но энкодер должен быть не одноканальным.

Ну, центр масс считается на раз два с помощью веревки, палки и весов.

Как раз таки правильнее вначале посчитать, чем потом подбирать магические константы.
Физически в балансере есть три интересные вещи: колесная ось, центр масс и расположение датчиков (лично я поставил бы их на прямой, проходящей через ц.м и ось).
Управление балансом делится на две части: получение текущего угла относительно вертикали и расчет управляющего воздействия на ось.
Первое в простом варианте выглядит как получение направления вектора силы тяжести посредством акселерометра, далее школьной геометрией получаем искомый угол.
Какие есть проблемы: объединение показаний гироскопа и акселерометра является нетривиальной задачей; во время компенсации угла у всей системы появляется дополнительное ускорение, и аксель будет отдавать его сумму с g, то есть получаемый угол будет грязным.
Второе тоже довольно несложно. Сделаем тривиальное замечание: балансирование - удержание угла наклона робота относительно вертикали равным нулю; маневр «вперед» или «назад» выполняется через удержание ненулевого угла, при этом чем он больше, тем выше скорость.
Также заключаем, что увеличить модуль угла можно через движение в противоположном наклону направлении, а уменьшить - через сонаправленное. Всё, можно ехать)
У вас есть текущий угол, желаемый угол, осталось сформировать «напругу» на моторы. Банальнейший путь - пропорциональное управление, т.е. разницу углов домножаете на константу и посылаете исполнительному устройству. Способ чуть посложней - запилить ПИД, про него можно прочитать в робофоруиской вики.

Ну, связка совсем не обязательна - я видел балансеры вообще без акселей-гиро на двух кнопках с усиками, на дальномере мордой в пол. Опять же, есть вероятность того, что робот только с акселем будет неплохо балансировать.
Объединение, вообще говоря, лучше сделать, чем нет, ибо:
1) мемс гироскопы _очень быстро_ накапливают ошибку.
2) корректировку акселем нужно проводить без собственных ускорений, чтобы не загрязнить вектор g. Это значит никаких неровностей поверхности, двигатель без вибраций, постоянная скорость. Фактически придется останавливать робота каждые, скажем, 5 секунд.
Вот, специально нашел ролик с тестами датчиков, там слева направо показания акселя, фильтра Калмана, гиры.
http://www.youtube.com/watch?v=MJ71V_wxtuU
По управлению: константы подбираются один раз и хардкодятся в программу, всё на глазок. При пропорциональном управлении воздействие = дельта_угол * конст. Если произойдет перерегулирование(слишком сильно дернуть), то следующее движение его исправит.
Если пропорциональной части окажется недостаточно, можно будет добавить дифференциальную, зависящую от скорости изменения угла. Ознакомитесь со статей о ПИД регуляторе wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B4_%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8_%22%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE_%D0%BE_%D0%9F%D0%98%D0%94-%D0%B0%D0%BB%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%82%D0%BC%D0%B0%D1%85%22.

гироскоп важен в краткосрочной перспективе. если, скажем, за десятую секунды робот наехал на камешек, аксель показал резкое изменение ускорения и расчетное приращение угла равно 30 градусов; в это же время изменение по гироскопу 10 градусов, а его дрейф за это время не больше 7гр, тогда настоящее изменение должно лежать в пределах [3..17] и 30 - явно завышенная оценка.

насчет ПИД: мне кажется, здесь выбор между скоростью датчиков и количеством информации об объекте управления. т.е. либо вы лучше прогнозируете систему (матмодели и таки точные расчеты ), либо улучшаете датчики, третье вряд ли дано.