A Lego Mindstorms NXT experiment for Model Predictive Control education

Canale, Massimo; Brunet, Simone Casale

doi:10.23919/ecc.2013.6669633

Cited by 13 publications

(9 citation statements)

References 15 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…El objetivo de funcionamiento de estas estructuras pendulares, es lograr la estabilizacin del pndulo alrededor del punto de equilibrio con la menor energa invertida en su actuacin [4]; es comn encontrar diferentes autores que desarrollan controladores para estructuras pendulares bajo diferentes metodologas, algunos de los casos documentados sern descritos a continuacin.…”

Section: Introductionunclassified

Controlador LQR y SMC Aplicado a Plataformas Pendulares

Arévalo-Castiblanco¹,

Rodríguez-Garavito²,

Patiño-Forero³

et al. 2018

Rev. iberoam. autom. inform. ind.

View full text Add to dashboard Cite

ResumenUna plataforma pendular es una estructura robótica comúnmente empleada en el diseño de controladores dada su dinámica no lineal; este trabajo presenta el modelamiento, diseño e implementación de un controladoróptimo LQR y un controlador en modo deslizante SMC aplicado a dos plataformas comerciales, el péndulo rotatorio invertido de Quanser (RotPen) y el péndulo móvil de Lego (NxtWay). El aporte de este trabajo es presentar una metodología de implementación de controladores sobre plataformas pendulares, atendiendo las respectivas restricciones de hardware y software en prototipos comerciales. El artículo presenta el comportamiento de los controladores diseñados sobre el modelo analítico comparado con su implementación real.Palabras Clave: Controlóptimo, Control en modo deslizante, Sistemas Embebidos, LQR, Modelo Pendulo Invertido Quanser, Modelo Segway NxtWay. LQR and SMC Control Applied to Pendular Platforms AbstractA pendular platform is a robotic structure commonly used in the design of controllers given its nonlinear dynamics; This work presents the modeling, design and implementation of an optimal LQR controller and a Sliding Mode SMC controller applied to two commercial platforms, the Quanser rotary inverted pendulum (RotPen) and the Lego mobile inverted pendulum (NxtWay). The contribution of this work is to present a methodology of implementation of LQR and SMC controllers on pendular platforms, attending the respective restrictions of hardware and software in commercial prototypes. The article presents the behavior of the controller designed on the analytical model compared to its implementation. Keywords:Optimal Control, Sliding Mode Control, Embedeed Systems, LQR, Quanser Inverted Pendulum Model, NxtWay Segway Model IntroducciónEs común encontrar aplicaciones en donde se emplean estructuras pendulares con aplicación en robots humanoides, el auge de estas aplicaciones ha incentivado a la comunidad científica a plantearse nuevas investigaciones en el campo del modelamiento y el control, con el fin de optimizar los procesos en donde estas estructuras se encuentran presentes (Li et al., 2014).Una de las estructuras robóticas móviles que ha tenido mayor acogida en losúltimos años es el péndulo invertido de dos ruedas, con plataformas comerciales como el Segway o el Hoverboard; la investigación en elárea del control ha abordado este tipo de plataformas con mucho interés, dada su fácil construcción y su comportamiento dinámico no lineal, junto con su conocida inestabilidad. Recientemente, varios son los fabricantes que desarrollan esta clase de estructuras, con fines académi-cos o industriales, el fabricante Quanser con sus plataformas de péndulo rotatorio invertido y doble péndulo rotatorio invertido, o el propio fabricante Hoverboard con las plataformas del mismo nombre, son algunos de los ejemplos conocidos que se encuentran comercialmente ( Este artículo ha sido aceptado para su publicación en un futuro número de RIAI. Su contenido es definitivo y únicamente cambiará en la versión final la informaci...

show abstract

Section: Introductionunclassified

Controlador LQR y SMC Aplicado a Plataformas Pendulares

Arévalo-Castiblanco¹,

Rodríguez-Garavito²,

Patiño-Forero³

et al. 2018

Rev. iberoam. autom. inform. ind.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Internet-based controls of robotic arms have been implemented in control engineering courses in [13], [14]. In many cases, LEGO-based robots have been used in projects in basic and advanced engineering courses [15], [16], e.g., to outline the theoretical and practical aspects of both classical [17], [18] and advanced control strategies, such as optimal control [19], model predictive control [20] and receding horizon control methods [21]. Many academic classes use LEGO Mindstorms NTX robot as educational platform, but these robots are focused only on the programming side without explicit reference to the embedded technology [4].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“Ruzzle” arm: A low cost educational application in Real-Time Control course

Meola

Siano

Glielmo

2014

2014 European Control Conference (ECC)

View full text Add to dashboard Cite

This paper describes a project-based learning demonstrator developed for a Real-Time Control course addressed to CS and EE students. The goal of this project is to immerse the students in a realistic design environment, where they can strengthen the theoretical principles while improving their abilities to think, analyse, and solve problems learningby-doing. The student-developed educational application, consisting of a robotic arm which plays the online Ruzzle game in a fully automatic way, has been realized in a short time with limited budget. This was a practical combination of knowledges from robotics, image acquisition and processing, tree search algorithms, systems integration and hardware configuration. The educational results of this experience have shown that the development of a practical-learning case based on the combination of different fields increased the student motivation and improved the assimilation of the theoretical concepts.

show abstract

“…In the previous studies conducted, two-wheeled robot lego successfully created using the Model Predictive Control by using inverted pendulum [5]. Another study Q-Learning to make a robot can learn how to solve the problems finding the route by way of the robot itself after some time learning in via the same path [6].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…PID control algorithm programmed with high-level language C and has nice performance to tracking stability [4]. The color sensor is a device that can distinguish colors, in this case color sensor used to make the robot recognize the color of the path that has color [5].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%