Odwrócone wahadło fizyczne – projekt i wykonanie części mechanicznej z wykorzystaniem programu Autodesk Inventor oraz środowiska Matlab/Simulink

• Autorzy: Bijak D. , Kłapyta G.

Warianty tytułu

EN

Inverted pendulum – design of mechanics using Autodesk Inventor and Matlab/Simulink

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Odwrócone wahadło fizyczne jest to urządzenie, mające za zadanie zapewnienie stabilizacji pozycji pionowej przymocowanych urządzeń, których środek ciężkości znajduje się powyżej układu napędowego [1, 2]. Badania tego typu urządzeń pozwoliły na opracowanie i rozwój różnego rodzaju platform transportowych. Popularnym środkiem transportu, będącym swego rodzaju odwróconym wahadłem fizycznym, jest pojazd ”Segway” - Human Transporter [3]. Jego dwukołowe podwozie z łatwością pokonuje nierówności na drodze podczas jazdy. Tematem artykułu jest przedstawienie procesu projektowania części mechanicznej demonstracyjnego stanowiska wahadła fizycznego wraz z systemem napędowym. W kolejnych rozdziałach przedstawiono konstrukcję mechaniczną wahadła, dobór elementów składowych stanowiska oraz układu napędowego wraz z układem przeniesienia napędu, wybrane modele 3D przygotowane do symulacji dynamicznych, dobór czujników pomiarowych wychylenia wahadła, implementację modelu matematycznego do programu Matlab/ Simulink oraz wyniki przeprowadzonych symulacji. Niniejszy artykuł stanowi podsumowanie projektu inżynierskiego, zrealizowanego w Katedrze Mechatroniki na Politechnice Śląskiej.

EN

The inverted pendulum is a physical device arranged to provide a suspended vertical position stabilization of devices with the center of gravity located above the drive system. Studies of this type of equipment led to the design and development of various types of transport platforms. A popular vehicle, which is a kind of inverted physical pendulum, is "Segway" - Human Transporter. Its two-wheeled chassis easily overcomes bumps in the road while driving. The goal of the article is to present the design of the mechanical part of the demonstrative physical pendulum including its drive system. The following chapters present the mechanical design of the pendulum, the selection of device components: constructional components, drive with the powertrain, sensors. The paper presents also selected 3D models prepared for the simulation of dynamics of the pendulum, the Matlab-Simulink implementation of its mathematical model and chosen results of simulations. This paper summarize the engineering project realised in the Chair of Mechatronics at SUT Gliwice.

Słowa kluczowe

PL

odwrócone wahadło fizyczne; obiekt nieliniowy; stanowisko dydaktyczne; stanowisko badawcze; modelowanie Autodesk Inventor; symulacje w środowisku Matlab-Simulink

EN

inverted pendulum; nonlinear object; didactic stand; test stand; modeling Autodesk Inventor; Matlab-Simulink simulations

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Śląskiej. Elektryka
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 2-3
• Strony: 125--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Bijak D.

• Politechnika Śląska. Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki, ul. Akademicka 10a, 44-100, Gliwice, Tel.[phone]

autor

Kłapyta G.

• Politechnika Śląska. Wydział Elektryczny, Katedra Mechatroniki, ul. Akademicka 10a, 44-100, Gliwice, Tel. [phone]

Bibliografia

• 1. Bijak D.: Odwrócone wahadło fizyczne - projekt i wizualizacja 3D stanowiska dla celów badawczych i dydaktycznych. Praca inżynierska. Gliwice 2014.
• 2. Miller P., Vandome A., McBrewster J.: Inverted Pendulum: Pendulum, Feedback, Segway PT, Furuta Pendulum, Neural Network, Genetic Algorithm, Fuzzy Control System, Torque, Self-balancing Unicycle, PID Controller. Alphascript Publishing, 2010.
• 3. Kemper S.: Code Name Ginger: The Story Behind Segway and Dean Kamen's Quest to Invent a New World. Harvard Business Press, 2003.
• 4. Arakelian V., Briot S.: Balancing of Linkages and Robot Manipulators: Advanced Methods with Illustrative Examples (e-Book Google). Springer, 2015.
• 5. Bräunl T.: Embedded Robotics: Mobile Robot Design and Applications with Embedded Systems. Springer Science & Business Media, 2008.
• 6. Zhijun L., Chenguang Y., Liping F.: Advanced Control of Wheeled Inverted Pendulum Systems (e-Book Google). Springer Science & Business Media, 2012.
• 7. Maeda K.: Nonlinear Control System of Inverted Pendulum Based on Input-output Linearization. ProQuest, 2006.
• 8. http://www.countersales.co.uk/datasheets/RI58-O.pdf (z dn. 05.11.2013).
• 9. http://www.nmbtc.com/motors/part-numbers/Hybrid-Stepper?data[pg]=12&data[132!]=&data[133!]=&data[138!] (z dn. 17.11.2013).
• 10. http://www.haberkorn.pl/files/file/katalog_czescim/A3.pdf (z dn. 12.11.2013).
• 11. http://www.ebmia.pl/zebaty-t25285-z114-p-739.html (z dn. 10.11.2013).
• 12. http://www.ebmia.pl/kola-pasa-szerokosci-c-196_50_66_1200_51_147.html (z dn. 10.11.2013).
• 13. http://www.ebmia.pl/walki-zebate-walki-zebate-c-196_50_126_371.html (z dn. 14.11.2013).
• 14. http://gatesbeltsandapplications.blogspot.com/2011/05/splicing-and-clampingsynchronous-belts.html (z dn. 18.11.2013).
• 15. http://www.akcesoria.cnc.info.pl/pliki/pasy_zebate/pdf/Plytki_mocujace.pdf (z dn. 09.11.2013).
• 16. http://ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php?example=InvertedPendulum&section=SimulinkModeling (z dn. 15.11.2013).