Balancing of an inverted pendulum through adjusting angle and thrust of propellers

Robotics and autonomous systems are today progressing at a very fast pace and can be seen in our everyday life, both in industry and society. A popular topic among researches in the field of robotics is the inverted pendulum due to its naturally unstable system. This thesis describes the design of a control system to an inverted pendulum based robot. The robot balances through the thrust from two propellers able to direct their force through adjusting the angle of the axis they are mounted on, thus meaning the propellers as well. The framework, mechanical and electronic components of the balancing robot were assembled in a manner that yields a naturally unstable system that is prone to tip over. This required an active controller to be designed and implemented in order to get a stable system, answering the question how to design a control system for such a robot. By using an IMU, a sensor combining accelerometer and gyroscope, measurements of the angle of the robot relative to the ground, i.e. tilt angle, is achieved. A servo motor adjusts the angle of the propellers and two brushless motors create thrust using propellers. After various tests and approaches how to design a control system for this robot it is concluded that controlling both the angle and the thrust of the propellers is preferable and using a predicting factor such as velocity has great advantages.Robotar och autonoma system utvecklas idag i väldigt snabb takt och kan hittas i vårt dagliga liv, både i industrin och i samhället. Balanserande robotar är ett hett forskningsområde på grund av dess instabila tillstånd för styrning. Denna avhandling beskriver utformningen av ett styrsystem för en robot baserad på en inverterad pendel. Roboten balanserar genom dragkraften från två propellrar som kan rikta sin kraft genom att justera vinkeln på axeln de är monterade på, därmed även propellrarna. De strukturella, mekaniska och elektroniska komponenterna för den balanserande robot monteras på ett sätt som ger ett naturligt instabilt system som är benäget att välta. Detta krävde en aktiv regulator i syfte att erhålla ett stabilt system. Denna rapport svarar då på hur man designar ett styrsystem för en sådan robot. Genom att använda en IMU, en sensor som kombinerar accelerometer och gyroskop, kunde mätningar av robotens vinkel i förhållande till marken, d.v.s. lutningsvinkeln, uppnås. Två borstlösa motorer skapar dragkraft med hjälp av propellrarna och med en servomotor kan vinkeln av dessa justeras. Efter olika tester och tillvägagångssätt för hur man utformar ett styrsystem för denna robot dras slutsatsen att styra både propellrarnas vinkel och kraft är att föredra och med hjälp av en förutsägbar faktor såsom hastighet har stora fördelar