Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Balancing arm for a Robotic Waiter
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2016 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

This project focuses on balancing a drinking glass, to be able to transport it without the contents being spilled. It is designed with the aim of replacing a waiter in a restaurant or bar environment, but the technology itself could well be applied on mobile cup holders in cars or boats for instance. The core of the project is to study how and if it is possible to create a platform capable of balancing a drinking glass when exposed to different acceleration forces.

This report describes one way of constructing this cup holder, with explanations of how the hardware has been designed and put together as well as how the software was written to make the components work together.

The objective was to tilt the platform so that the acceleration resultant always was aligned with the z-axis of the sensor. The balancing part was divided in two separate systems, each controlling one rotation around two perpendicular axes. The rotation was controlled by two DCmotors, which counter forces that occur when the prototype is tilted and accelerated in different directions. To measure these movements, an IMU sensor containing both an accelerometer and a gyroscope was used. This sensor was placed in the center of rotation to increase sensor accuracy. To relate the input signal from the sensor to the output signal to the motors, a PIDcontroller was used. It was studied whether mathematical modelling or experimental testing provided the best method to determine the parameter values for this PID-controller.

To test the performance, data about acceleration and relative angle to the acceleration resultant was gathered. This showed how high accelerations the system could handle, to evaluate if the system could be used in a restaurant or a bar environment. It also showed how much the platform was tilting in relation to the acceleration resultant, which determines if the liquid would stay in the glass. Additionally, a survey was created to gather opinions regarding robots in a restaurant or bar environment.

The implementation is deemed possible and the survey showed that there is a great interest for this product. A clear majority answered that they would be attracted to a restaurant or a bar with robotic waiters. The study of three different ways to apply the derivative part of the PIDcontroller concludes that the use of the gyroscope was the best for this application, despite its inability to react on acceleration from linear motion. Experimental testing proved most time efficient to determine the parameter values for the PID-controller, but the non-linearized mathematical model of the system that is presented could well serve as a foundation to further improve this controller.

Abstract [sv]

Detta projekt fokuserar på balanseringen av ett dryckesglas, för att kunna transportera detta

utan att innehållet spills ut. Designen är främst tänkt för att ersätta en servitör i

restaurangverksamhet, men teknologin kan väl appliceras till mobila dryckeshållare i

exempelvis bilar och båtar. Kärnan i projektet är att studera hur och om det är möjligt att skapa

en plattform som klarar av att balansera ett dryckesglas när den utsätts för olika

accelerationskrafter.

Denna rapport beskriver ett sätt att gå tillväga för att konstruera denna dryckeshållare, med

förklaringar om hur hårdvaran har designats och satts ihop samt hur mjukvaran fått

komponenterna att fungera tillsammans.

Målet var att vrida plattformen så att accelerationsresultanten alltid var riktad längs sensorns

z-axel. Balanseringen delades upp i två separata system som reglerar varsin rotation kring två

vinkelräta axlar. Rotationen drivs av två DC-motorer, som motverkar de krafter som uppstår

när testplattformen vinklas och accelererar i olika riktningar. För att mäta dessa röresler

användes en IMU-sensor som innehöll både accelerometer och gyroskop. Sensorn var

placerad i rotationscentrum för att öka precisionen i mätningarna. För att relatera insignalen

från sensorn till utsignalen till motorerna användes en PID-kontroller. Det undersöktes om

matematisk modellering eller experimentell testning gav den bästa metoden att bestämma

parametrarvärdena till denna PID-kontroller.

För att testa prestationsförmågan samlades accelerationsdata samt data om den relativa

vinkeln till accelerationsresultanten. Detta visade hur höga accelerationer som systemet

klarade att hantera, för att utvärdera om systemet kunde användas i en restaruang- eller

barmiljö. Det visade även hur mycket plattformen lutade relativt accelerationsresultanten, vilket

avgör om vätskan stannar i glaset. Till detta gjordes också en undersökning för att samla in

åsikter om robotar i restaurang- eller barmiljö.

Implementationen av denna robot bedöms möjlig och det finns ett intresse för en sådan

produkt. En klar majoritet av de tillfrågade svarade att de skulle vara lockade till en restaurang

eller bar med robotservitörer. Vid undersökningen av tre olika sätt att applicera den

deriverande delen i PID-kontrollern drogs slutsatsen att användadet av gyroskopet var det som

fungerade bäst i tillämpningen, trots att den inte kan ta hänsyn till acceleration från rätlinjig

rörelse. Experimentell testning visade sig vara mest tidseffektivt för ta fram parametervärdena

till PID-kontrollern, men den presenterade icke-lineariserade matematiska modellen av

systemet kan väl utgöra en grund för att förbättra denna kontroller.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 54 p.
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-191211OAI: oai:DiVA.org:kth-191211DiVA: diva2:955484
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-08-25 Created: 2016-08-25 Last updated: 2016-08-25Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2827 kB)3 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2827 kBChecksum SHA-512
16a67898b4e323820225837d868bac0e331705ee6e7b64c1d3413b8d62302a92f8f7448bd7e1f0e44701dd66908092080937d471c78be710f7d6d56bcd629301
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 3 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 1 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link