Golyós kiegyensúlyozó lemez kamera alapú szabályozása

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Stumpf Péter Pál
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Szakdolgozatomban egy lemezen golyót egyensúlyozó gép megtervezését, megépítését, programozását és tesztelését tűztem ki célul. A dolgozat bemutatja az eszköz tervezését és építését, a rendszer dinamikai modelljét, a labda érzékelési módját, és a szabályozó tervezésének és implementálásának lépéseit.

A rendszer egy lemezből, az azt forgató két szervoból, egy webkamerából, egy ARDUINO Uno-ból, egy DC tápegységből és egy számítógépből áll.

A golyó helyzetét egy webkamera érzékeli, amely webkamera USB-n küldi az adatokat a számítógépnek. A számítógépen egy MATLAB-ban megírt program végzi a szín alapú képfeldolgozást, amely meghatározza a labda és a lemez helyzetét. Ezt a kettőt úgy lehet elkülöníteni, hogy a labda piros színű, míg a lemez sarkai zöld markereket kaptak. A képfeldolgozás és néhány további számolás után ismert a labda pozíciója a lemezen, így egy diszkrét idejű PD szabályozóval szabályozható a rendszer. Az egyes szervoknak előírt szöghelyzeteket számolja ki a program, amelyeket soros kommunikáción küld el az ARUINO-nak. Az ARDUINO ezen szöghelyzetek alapján PWM-mel képes forgatni a szervokat. Az energiaellátásról egy DC táp gondoskodik, amely egy egyszerű áramkörrel van a szervokhoz kapcsolva.

A dolgozatban két szimulációt ismertetek, melyek a valós rendszert hivatottak szimulálni: egy SIMULINK modelt és egy átviteli függvényes reprezentációt. Ezen szimulációk egységugrásválasz-függvényekkel vannak összehasonlítva a valós rendszer működésével. Adott pontra beállásra, valamint körvonal követésére vonatkozó mérések is megtalálhatóak a dolgozatban. A működést bemutató videó linkje az ú.n. Appendix-ben érhető el.

A dolgozat végén levonom a következtetéseket, melyek megállapítják a munka sikerességét, valamint jövőbeli fejlesztési lehetőségeket is ismertetek, amelyek közül kiemelendő a szerkezeti felépítés javítása néhány alkatrész kicserélésével, valamint felvetem az oktatási segédeszközként való felhasználás lehetőségét is.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.