Equilíbrio de Robô Pêndulo Invertido sobre Duas Rodas

Robótica
Controle Robusto
Disponível
Modelagem, identificação e controle de equilíbrio de um robô pêndulo invertido autobalanceado sobre duas rodas, a partir de leituras de IMU.
Data de Publicação

16 de julho de 2026

Objetivos

O robô pêndulo invertido sobre duas rodas (self-balancing robot) é um sistema instável em malha aberta cujo equilíbrio depende de realimentação rápida do ângulo de inclinação, medido por uma IMU (acelerômetro + giroscópio). O LINCE dispõe de uma bancada didática desse tipo. Objetivos:

  • Deduzir o modelo do robô como um pêndulo invertido sobre uma base móvel (analogia com o cart-pole clássico), considerando a dinâmica das rodas e do chassi;
  • Implementar a fusão de sensores (filtro complementar ou de Kalman) para estimar o ângulo de inclinação a partir da IMU, com baixa latência;
  • Projetar um controlador de equilíbrio (PID em cascata ou realimentação de estados/LQR) e sintonizá-lo experimentalmente na bancada;
  • Avaliar a robustez do controlador a perturbações externas (empurrões) e a variações de carga (peso adicional no robô).

Pré-requisitos

  • Sistemas de Controle I e II (espaço de estados, realimentação de estados);
  • Mecânica básica (dinâmica de corpo rígido);
  • Instrumentação embarcada (IMU, fusão de sensores, controle de motores);
  • Programação em C/C++ (firmware embarcado) e Python (análise de dados).

Estrutura Sugerida para o Grupo Autogerenciado

  • Reuniões semanais internas do grupo, com reunião quinzenal com o orientador para validação de resultados;
  • Entregáveis mensais: firmware/notebook reprodutível com o pipeline de fusão de sensores → projeto do controlador → testes de equilíbrio na bancada;
  • Ferramentas: robô pêndulo invertido do LINCE, repositório Git compartilhado;
  • Divisão sugerida: um membro focado na instrumentação e fusão de sensores, outro na modelagem e projeto do controlador, outro nos testes de robustez e sintonia fina.

Referências

  1. Ogata, K. Engenharia de Controle Moderno. 5ª ed. Pearson, 2010.
  2. Grasser, F.; D’Arrigo, A.; Colombi, S.; Rufer, A. C. (2002). JOE: A Mobile, Inverted Pendulum. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 49(1), 107–114.