Ballbot Robot

Abstract

En aquest treball de final de grau s’ha plantejat dissenyar i desenvolupar un robot similar al famós droide BB-8 de la saga Star Wars. Com a resultat d’una recerca s’ha arribat a la paraula clau d’aquest TFG: ballbot. El ballbot és un robot dinàmicament estable que és capaç de mantenir l’equilibri sobre una bola esfèrica amb un sol punt de contacte amb el terra. Aquest robot està basat a una estructura simètrica amb un total de tres motors DC, tres rodes omnidireccional separades 120˚ entre elles i una inclinació de 45˚ d’inclinació sobre el pla horitzontal. Per part de l’electrònica s’utilitza principalment una unitat de processament, una unitat de mesura inercial (IMU) de 6 eixos que es compon d’un giroscopi i un acceleròmetre que mesuren la velocitat angular i l’acceleració del cos amb una freqüència de mostreig de 100Hz, finalment dos controladors pels motors de corrent continu. El projecte està basat en al desenvolupament d’un robot a partir d’una comparativa de diferents models realitzats fins el moment. Primer s’ha realitzat un estudi dels diferents estructures possibles, posteriorment el disseny i càlculs necessaris per l’adquisició dels components, finalment l’escriptura del codi basat en les equacions de control del robot. Com a etapa final del robot s’ha dedicat a la construcció del robot aplicant processos de fabricació digital per l’adquisició de les peces, posteriorment s’ha implementat el codi de control a la màquina.

In this end-of-grade project, it has been proposed to design and develop a robot similar to the famous Droid BB-8 of the Star Wars saga. As a result of a search, the keyword of this TFG: ballbot has been reached. The ballbot is a dynamically stable robot that is capable of maintaining the balance on a spherical ball with a single point of contact with the ground. This robot is based on a symmetrical structure with a total of three DC motors, three omnidirectional wheels separated 120˚ between them and a 45˚ inclined inclination on the horizontal plane. On the part of the electronics, a processing unit, a 6-axis inertial measurement unit (IMU), is used mainly consisting of a gyroscope and an accelerometer that measure angular velocity and acceleration of the body with a frequency 100 Hz sampling, finally two drivers for DC motors. The project is based on the development of a robot based on a comparison of different models made so far. Firstly, a study of the different possible structures was carried out, later the design and calculations necessary for the acquisition of the components, finally the writing of the code based on the control equations of the robot. As the final stage of the robot has been devoted to the construction of the robot by applying digital manufacturing processes for the acquisition of the pieces, the control code has subsequently been implemented on the machine.