Disseny i construcció d’un segway

Abstract

Els vehicles de transport personal són una realitat molt explorada i on cada vegada més es busquen noves tecnologies per donar una mobilitat personalitzada a les persones. Els segways són uns dels que més interès han despertat a la societat, el seu sistema d’equilibri els dona una faceta futurista molt atractiva per qualsevol amant de la tecnologia. El present treball consisteix en dissenyar i construir un segway a mida real. El procés comença des de les bases, trobant un model matemàtic tant per representar el balanceig com el gir, els dos a partir de la cinemàtica i la dinàmica d’un sistema tipus. El model matemàtic s’estudia utilitzant el mètode del lloc geomètric de les arrels, que juntament amb les eines incorporades a Matlab, serveixen per trobar les constants d’compensador PID i així generar un nou sistema estable. Pel disseny del compensador PI per controlar el gir, s’utilitzen les eines integrades a Matlab, concretament el programa Simulink, en el qual es crea un model complet per tal de simular diferents respostes del sistema amb i sense els compensadors. Aquest ajuda a d’estudiar l’estabilitat del sistema mitjançant diferents senyals d’entrada i per tant, ajustar i validar les constants dels compensadors. Un cop establerts els aquests compensadors per estabilitzar el balanceig i controlar el gir, Es defineix el prototip real del projecte. Es comença construint un model CAD en 3D amb el qual es realitzen anàlisis d’elements finits per les peces més crítiques sotmeses a esforços grans. És també en aquesta fase que es fan els càlculs pertinents pel dimensionament i selecció dels motors. Durant el disseny mecànic del prototip, es defineix també la part elèctrica i electrònica es fa una selecció de components d’acord amb les prestacions que es necessiten i es busquen mètodes per assegurar una alimentació estable al sistema. Un cop fabricat i assemblat el prototip, es procedeix a fer un seguit de proves per trobar igualtats i desviacions amb el model matemàtic i comprovar si el compensador trobat teòricament és aplicable o és necessari modificar-lo i perquè.