[Document title]

Simulacija kretanja NXT SegWay Robot-a u programskom paketu SplidWorks

Nastavnik: Student:Jun 2015.SADRAJ

UVOD31SegWay42Kratak opis projekta53Sklapanje SegWay robota54SolidWorks simulacija104.1Motion Study104.2vrste grupe (Rigid Groups)104.3Kontaktne povrine114.4Maksimalni moment na tokovima124.5Iscrtavanje dijagrama124.6PID kontroler134.7Momenti na tokovima PID kontroler144.8Pokretanje simulacije15Zakljuak16Literature17

UVOD

U dananje vrijeme u mainstvu kao i u drugim tehnikim naukama, jako je zastupljena simulacija raznih proizvoda (maina, vozila, sistema, itd.). Zahvaljujui raunarima i raunarskoj tehnici, danas prije nego to se pristupi samoj proizvodnji nekog proizvoda moe se izvriti simulacija rada proizvoda, nako ega se mogu uvidjeti a neposredno i ukloniti odreeni nedostatci.Kako bi student relativno brzo ovladao vjetinama projektovanja i simulacije te da dobro usvojio steena znanja, poeljno je da se projektovani sistem realizuje u preksi. Budui da je studentima za realizaciju projektovanih sistema esto potrebdo dosta vremena i sretstava, postoji jedno univerzalno - modularno reenje za ovladavanje navedeim sposobnostima. Navedene mogunosti prua softverski paket SolidWorks zajedno sa NXT Lego Robot-om. SolidWorks kao jedan moan softverski paket, u ovom sluaju zajedno sa NXT Lego Robot-om, studentima daje mogunost da izvrse projektovanje i sklapanje jednostavnijih sistema koritenjem standardnih lego komponenti te simulaciju rada istog sistema. Nakon simulacije student moe isti sistem da sklopi u stvarnosti od lego koponenti i da nakon toga uporedi ponaanje realnog sistema sa simuliranim.U ovom radu odraena je simulacija kretanja NXT SegWay Robot-a kao i njegova fizika realizacija kako bi se demonstriralo sve gore navedeno. Budui da je rje o jednom, samo po sebi, nestabilnom i relativno sloenijem sistemu, kao i da su neki ve radili simulaciju navedenog robota, drali smo se uputa sa dole navedenih web- sajtova. Realizacijom ovog projekta dobijeni su identini rezultati. http://www.solidworks.com/sw/education/10039_ENU_HTML.htmhttps://grabcad.com/library/nxt-segway-robot-1

SegWay

Kada je Dean Kamen otkrio SegWay lini transporter u emisiji "good morning america" na ABC TV mrei, ga je opisao kao prvi samobalansirajui line transporter na svijetu. Kada pogledate na segway vonje, postaje jasno ono to je on govorio. Za razliku od automobila, segway ima samo dva toka, i uprkos tome uspjeva da ostane uspravno.Da bi segway krenu napred ili nazad, dovoljno je da se voza naginje blago naprijed ili nazad. Da bi skrenuo lijevo ili desno, voza jednostavno pomie leansteer kontroler lijevo ili desno.Da bi odrali ravnoteu, pri naginjanju naprijed, tokovi se okreu odgovarajucom brzinom i omogucava kretanje prema naprijed. Segway ovaj izuzetno sloen proces koji se zove dinamiki stabilizacijoni - proces koji omoguava Segway transporteru balansiranje na samo dva kotaa.

Slika 1. SegWayKratak opis projekta

U sklopu ovog projekta cilj je sklapanje SegWay robota (slika 2) u softverskom peketu SolidWorks koristei gotove komponente Lego Mindstorms NXT 2.0 kit a zatim izrada simulacije istog u navedenom softverskom paketu. U ovom seminarskom radu e biti vie poanje posveeno izradi simulacije, dok e sklapanje biti opisano u kraim crtama. Vie detalja se moe nai na sajtu iji je link dat u uvodu. Da bi se mogao rekonstruisati ponovo ovaj projekat, podrazumjeva se poznavanje rada u softverskom paketu SolidWorks.

Slika 2. lego NXT SegWay robota

Sklapanje SegWay robota

Sklapanje robta se vri tako to se prvo sklope manji podsklopo a zatim se od tih sklopova sklapa SegWay robot. U nastavku e biti date slike podsklopova kako bi oni trebali izgledati. Takoe e biti naznaena I mjesta na robotu gdje se ti podsklopovi nalaze.

Slika 3.1 Horizontalni konektor Slika 3.2 Lijevi i desni konektor

Slika 3.3 Donji horizontalni konektor Slika 3.4 Tokovi i osovine Slika 3.5 Lijeva i desna strana robota Slika 3.6 Ramena, ruke i glava robota

Sledei koraci kod sklapanja SegWay-robota odnose se na koritenje prethodno sklopljenih podsklopova kako bi se dobila jedna cjelina.Otvorite novi assembly document, ubacite CPU part, postavite ga u poloaj kao na slici i fiksiraj te ga. Snimite assembly kao Segway.SLDASM. Napomena: nakon zavretka sklapanja robota obavezno staviti da je ploa, na kojoj se robot kree, fix a CPU float

Slika 3.7 CPU Slika 3.8 CPU nadogradnja motora Slika 3.9 CPU nadogradnja tokova Slika 3.10 Nadogradnja motora za upravljanje Slika 3.11 Nadogradnja glave i ruku

Slika 3.12 Postavljanje robota na podloguSolidWorks simulacijaMotion StudyU New Motion Study potrebno je promjenite Type of Study u Motion Analysis kao na slici.

Slika 4.1 Sklapanje SegWay robotavrste grupe (Rigid Groups)Sklopljeni robot je potrebno podjeliti u tri vrste grupe (rigid grup) kao to je prikazano na slici ispod.

Slika 4.2 Rigid GroupsNapomena: u Rigid Groups se ne uvrtava CPU, kao to se moe vidjeti na slici, zato to e se on koristiti za mjerenje ugaone brzine i ugaonog ubrzanja.Koristei dugme CTRL potrebn je selektovati elemente robota koje elimo ubaciti u Rigid Groups zatim desnim klikom na selektovane komponente otvara se padajui meni. U padajuem meniju potrebno je kliknuti na opciju Add to New Rigid Group kao na slici. Sve ovo je potrebno ponoviti za ostale vrste grupe. Slika 4.3 Rigid Groups 2Kontaktne povrineU ovom koraku potrebno je definisati kontaktne povrine i to izmeu jednog toka i ploe a nakon toga ponoviti sve za drugi toak i plou. Na sledeoj slici se vidi postupa Slika 4.4 Kontaktne povrine 1.korak Slika 4.5 Kontaktne povrine 2.korak 2Maksimalni moment na tokovima

Maksimalni moment na toku koji daje motor Tmax moe se izraziti polazei od konstatacije da tokovi ne proklizuju pri emu se dobije sledea jednaina.

- USVAJA SE 29 Nm Slika 4.6 Poluprenik toka

Iscrtavanje dijagrama

Iscrtavanje dijagrama odreenih veliina je jako bitno jer se tim postupkom navedene veliine setuju nakon ega se te vrijednosti koriste za simulaciju kretanja robota. U nastavku e biti pokazan nain iscrtavanja dijagrama jedne veliine u funkciji vremena dok se ostali dijagrami identino iscrtavaju. Napomena: iscrtavanje dijagrama je jako bitno, bez njih SolidWorks ne vidi veliine koje su mu bitne za simulaciju, a to su ugao zakretanja, ugaona brzina i ugaono ubrzanje (Pitch/Yaw/Roll, Angular Velocity, Angular Acceleration).

Slika 4.7 iscrtavanje dijagrama 1.korak

Slika 4.8 iscrtavanje dijagrama 2.korakPID kontroler

PID kontroler predstavlja jednu od najstarijih i najrasprostranjenijih upravljakih strategija, a njegovom primjenom se moe uspijeno rijeiti oko 90% svih upravljakih zadataka. PID kontroler se sastoji od tri konstantna djelovanja: proporcionalnog (P), integralnog (I) i diferencijalnog (D). Zakon upravljanja analognog PID kontrolera je:

gdje je u upravljaka promenljiva, , su redom, proporcionalno, integralno i diferencijalno pojaanje, a e je signal greke jednak razlici izmeu referentnog signala i upravljane promjenjive y (e = Ref y).Jednainu PID kontroler je takoe potrebno unijeti u simulaciju kako bi se vidio njen uticaj na upravljanje robotom. Odreivanje parametara PID kontrolera je zahtjevan proces koji moze da zahtjeva dosta vremena, zbog toga su u ovom seminarskom iskoriteni parametri koji su zadata u nastavku. Pojaanja proporcionalne, integracione i derivacione komponente su data redom k1 = 10, k2 = 0.1, k3 = 0.01.

Momenti na tokovima PID kontroler

Na slici je prikazano kako je potrebno postaviti parametre. Razlog zbog koga je smjer obrtanja suprotan kretanju kazaljke na satu je zbog toga to je teite robota malo pomjereno u nazad.U polje Force Function potrebno je selektovatiExpression a zatim unijeti sledeu funkciju za PID:IF(29-(10*{Pitch/Yaw/Roll4}-0.1*{Angular Velocity6}-0.01*{Angular Acceleration1}):29,29,(IF(-29-(10*{Pitch/Yaw/Roll4}-0.1*{Angular Velocity6}-0.01*{Angular Acceleration1}):(10*{Pitch/Yaw/Roll4}-0.1*{Angular Velocity6}-0.01*{Angular Acceleration1}) Slika 4.9 Moment na tokovima ,-29,-29))).Silu koju je takodje potrebno postaviti jeGRAVITACIJA i ona mora biti postavljenaprema dole u odnosu na robota a pritome morabit i normalna na plou.

2Pokretanje simulacije Nakon to se podese svi parametri, moe se pokrenuti simulacija. Nakon to se obrada kretanja zavri, to traje izvjesno vrijeme zavisno od podeenog broja fremova u sekundi ,moe se pustiti simulacija pritiskom na dugme play.Napomena: pokretanjem simulacije raunar vri proraunavanje kretanja robota. Pri tome e raunaru biti potrebno neko vrijeme za obradu podataka.

Zakljuak

U ovom radu bilo je mogue vidjeti sklapanje jednog fizikog modela NXT SegWay Robot-a te nain podeavanja parametara potrebnih za njegovu simulaciju kretanja. Prema ovim rezultatima mogue je sklopiti stvarni NXT SegWay Robot i uporediti rezultate kretanja istog.U ovom seminarskom radu je data simulacija SegWay Robot samo u situaciji u kojoj isti pokuava da odri ravnoteu. Sa ovom simulacijom se moe ii i korak dalje gdje se moe simulirati i njegovo ponaanje pri djelovanju spoljanjih sila koje tee da ga izvedu iz ravnotenog poloaja. Budui da je ovaj seminarski uraen kao uvod u simulaciju SegWay Robot, za one koji ele da se detaljnije posvete simulaciji navedenog SegWay Robot, u literature su navedeni linkovi i izvori koji su koriteni za izradu ovog seminarskog rada.

Literature

1) http://www.solidworks.com/sw/education/10039_ENU_HTML.htm2) https://grabcad.com/library/nxt-segway-robot-13) http://www.nxtprograms.com/NXT2/segway/steps.html

18