Diseño, implementación y control de un vehículo de autobalanceado dos ruedas tipo SegWay

Abstract

[ES] El presente Trabajo de Final de Grado se basa en la simulación e implementación real mediante el microcontrolador Arduino de un prototipo de robot autobalanceado tipo Segway.

El vehículo consigue mantenerse en pie mediante la acción de los dos motores situados en sus ruedas, resolviendo de esta manera uno de los problemas clásicos de la teoría de control, el péndulo invertido. Para ello, consta de un sensor IMU que proporciona su ángulo de inclinación respecto a la vertical, de un sistema de control que se encarga de establecer unas determinadas acciones para que el robot se mantenga de pie y de unos actuadores, en este caso los motores, que llevan a cabo dichas acciones.

El proyecto comienza con la creación de un diseño en 3D del vehículo mediante el programa Siemens NX. Posteriormente, se realiza una simulación del movimiento del vehículo utilizando la herramienta Simscape Multibody del software Matlab/Simulink. En la última parte del trabajo, se implementa el prototipo real, empleando el microcontrolador Arduino para el control automático de la estabilidad y el control manual de la trayectoria.

[EN] The present Bachelor's Thesis is based on the simulation and real implementation of a Segway-type self-balancing robot prototype using the Arduino microcontroller.

The vehicle manages to stay upright through the action of two motors located on its wheels, thus solving one of the classic problems of control theory, the inverted pendulum. It includes an IMU sensor that provides its inclination angle with respect to the vertical, a control system that establishes specific actions to keep the robot upright, and actuators, in this case, the motors, which carry out these actions.

The project begins by creating a 3D design of the vehicle using the Siemens NX program. Subsequently, a simulation of the vehicle's movement is performed using the Simscape Multibody tool of the Matlab/Simulink software. In the final part of the work, the real prototype is implemented, using the Arduino microcontroller for automatic stability control and manual trajectory control.