PPCar:

Vehículo Personal Basado en Péndulo Invertido



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Introducción:

  Este proyecto ha sido realizado como parte de los cursos de doctorado del departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla y consiste en la construcción de un prototipo para el transporte de personas. Este vehículo basa su movimiento en la estabilización de un péndulo invertido. De hecho, el péndulo está constituido por la persona que está sobre el vehículo. El movimiento de avance está provocado por la inclinación de la persona con respecto a la posición de equilibrio. Mientras que el movimiento de rotación se controla mediante una consigna impuesta por la persona mediante un dispositivo eléctrico. El sistema ha sido diseñado en su totalidad desde la estructura mecánica al diseño de los controladores, utilizando componentes comerciales y de bajo coste. El control del vehículo se realiza desde un microcontrolador a bordo, supervisado desde un PC y estando ambos comunicados a través de un enlace inalámbrico. El prototipo desarrollado tiene como finalidad servir de plataforma de investigación para técnicas de control.

Arquitectura:

   El núcleo del sistema es un microcontrolador de 8 bits y bajo coste (Atmega128 de la marca Atmel) que se comunica con los distintos periféricos. Este microcontrolador es bastante completo, incorporando: temporizadores, dos UARTS, hasta seis posibles señales PWM, varias entradas al convertidor analógico digital, 128 kilobytes de memoria de programa, etc.


Arquitectura del sistema

    Existen dos grandes grupos de dispositivos comunicados al micrcontrolador: sensores y actuadores.  El grupo de los sensores está formado, en primer lugar, por un encoder por cada rueda, que en el vehículo se han utilizado para medir la velocidad de rotación de éstas. El segundo elemento del grupo de los sensores es un inclinómetro de la marca MicroStrain. El último de los sensores es utilizado para indicar al control la referencia en la dirección que se desee tome el vehículo. Esta referencia se indica a partir de un puño con una interfaz eléctrica. Con respecto a los actuadores,  el sistema consta de dos motores eléctricos alimentados a 24V y capaces de llegar a las 240 rpm. La potencia eléctrica que necesitan estos motores es suministrada por una controladora de los motores de la marca RoboteQ y que se comunica con el microcontrolador a partir del estándar RS-232 y un protocolo de comunicaciones.

    En lo referente a los equipos auxiliares, cabe destacar el enlace inalámbrico basado en tecnología Bluetooth. Este enlace permite utilizar una conexión serie inalámbrica pero transparente a ambos extremos y que es utilizado para comunicar el microcontrolador con el sistema de monitorización. Finalmente la caja de control que permite apagar y encender el sistema, conocer fácilmente el estado del microcontrolador a partir de un led e incorpora un mecanismo de seguridad (dead man button).


Sistema de monitorización

Vídeos:

Primeros pasos

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Muestra la evolución durante el desarrollo de PPCar


Presentación en el CDC-ECC'05 (Sevilla)


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Profesor Carlos Canudas-de-Wit probando PPCar
Valiente asistente probando PPCar

         

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Primera vez de Sarah con PPCar
Varios estudientes probando PPCar por primera vez

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Componentes del equipo de desarrollo disfrutando de PPCar

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