Estudi, control i optimització d’un LEGO Segway

Abstract

Al llarg d’aquesta memòria es desenvolupa l’estudi per a construir, controlar i optimitzar el comportament d’un Segway, o pèndul invertit de dues rodes, mitjançant els components cedits per la companyia de joguines LEGO dins el marc dels projectes LEGO Education, concretament els LEGO Mindstorms EV3. Aquest tipus de pèndul invertit consta de dues rodes motrius que s’encarreguen de desenvolupar l’acceleració necessària per a intentar mantenir el cos del vehicle en una posició d’equilibri inestable. Aquesta, varia en funció del disseny, la dinàmica del vehicle i del terreny sobre el qual es desplaça. L’estudi presenta una introducció genèrica del problema del pèndul invertit per tal de determinar els paràmetres dimensionals de més importància i, així, desenvolupar un disseny més estable i eficient. Un cop adquirit el model, es desenvolupa una simulació amb l’ajuda del programari matemàtic Matlab i Simulink per tal de determinar les constants específiques del problema i dissenyar control d’estabilitat del segway basat en un controlador LQR i complementat amb un pre-compensador i un observador. Finalment, s’han desenvolupat, verificat i simulat els models amb èxit però, tot i que el controlador LQR presenta una forma senzilla d’aplicar un control a sistemes MIMO, la implementació en temps real sobre el robot no ha funcionat tan bé com s’esperava. Algunes de les causes que poden haver portat al comportament inesperat del sistema real són: errors comesos en alguns paràmetres del sistema degut a la baixa resolució del giroscopi i la falta d’una lectura real de l’angle. Es considera, però, que són problemes que s’haurien pogut solucionar d’haver tingut un marge de temps més ampli.