Auto Balancing Bike

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##스스로 균형을 잡고 컨트롤 할수 있는 자전거 로봇

완성된 모습

전시회 판넬 자전거팀.pdf

하드웨어 구성

• 사 용 부 품

  아두이노 : Arduino Nano V3 (328)
  기울기 및 자이로 센서 : MPU6050
  블루투스 모듈 : HC-05
  서보 모터 : SG90
  DC 모터 : RoboRobo 200rpm  DC 모터(모터 RPM 높은 것으로 변경 요망)
  전원 : 6V
  프레임, 휠 : 3D 프린터로 제작
  바퀴 : 실리콘 도포로 마찰력 극대화

소프트 웨어 구성

칼만 필터(Kalman Filter)

MPU6050의 결과값을 통해 기울어진 값을 받아온다. 이 때 충격이나 오차 등의 원인으로 결과값이 불균일하게 도출되는 경우가 있다. 소위 결과값이 '튄다'라고 한다. 갑작스러운 결과값의 방지하기 위해 칼만필터를 사용한다. 쉽게 말해 결과값 변화를 완충한다. 위 프로젝트에서는 기울기 결과값의 변화를 완충하기 위해 아래 프로젝트를 참고하였다.

MPU6050 칼만필터 적용

P.I.D. 제어(Proportional-Integral-Differential control)

PID 제어는 출력값과 목표값의 차이를 계산하여서 피드백 제어하는 제어 기법 중 하나이다. 위 프로젝트에서는 서보모터를 이용하여서 자전거의 조향장치인 앞바퀴 핸들을 조정한다. 기준값인 수평 기울기 0도를 목표으로 하여서 출력값인 서보모터 기울기의 오차를 측정하고 서보 제어값을 변화시킨다.

PID 제어

첨부한 코드에는 PID 제어 항목이 들어가 있지 않다. 실제 전시에는 PID 제어가 적용된 코드를 사용하였지만 제작자의 불찰로 인해 코드가 유실되어, PID 제어를 제외한 코드로 출력된다.

이 PID 제어를 거치게 되면, 자전거 로봇이 수평 기울기 0도를 최대한 유지하며 이동할 수 있다.

블루투스 컨트롤(Bluetooth Control)

블루투스 컨트롤은 아두이노에 외부 장치를 이용해서 신호를 주는 방식의 일환이다. 위 프로젝트에서는 스마트폰을 이용하여서 자전거 로봇의 이동과 속도 조절을 제어하였다. 스마트폰 어플리케이션으로는 Arduino Bluetooth Controller 를 사용하였다.

콘솔모드에서 상하좌우에 해당하는 character를 설정할 수 있다. 이 설정된 문자가 아두이노에 들어갔을 때 모드의 역할을 하게 된다. 이 모드 결정변수를 switch문에 적용하여 모드(이동 방향, 속도)를 결정하였다. 특히 좌우 운행은 PID 제어 기준값의 변경을 이용하였다.(ex. 좌측 운행은 기울기 기준값을 -15도로 설정하였다.)

개발 환경

MacOS Catalina, Version 10.15.1 Arduino Application, 1.8.1.1

제작자

Corinyi and SIOR

Copyright @ 2019 Sungkyunkwan Institute of Robotics