Verteidigung der Diplomarbeit "Entwicklung und Implementierung einer Pfadverfolgung für einen mobilen Einachs-Balance-Roboter" von Herrn Vincent Voigtländer

In der Regelungstechnik ist praktisches Experimentieren entscheidend für das
Verständnis komplexer theoretischer Konzepte. Diese Arbeit widmet sich der Verbesserung und Weiterentwicklung eines zweirädrigen selbstbalancierenden Roboters,
der als Versuchsstand in der regelungstechnischen Ausbildung eingesetzt werden
soll.

Da es sich bei der zu stabilisierenden aufrechten Position des Roboters um eine instabile Ruhelage des ungeregelten Systems handelt, eignet sich dieser gut zur anschaulichen Demonstration regelungstechnischer Konzepte. Die Regelung erfolgt über die Kaskadierung eines Motorreglers, eines Zustandsreglers zur Stabilisierung und eines Abstands- oder Linienfolgereglers. Mithilfe von Simulationen wird die Leistungsfähigkeit des Stabilisierungsreglers zusammen mit einem zeitdiskreten Kalman-Filter zur Zustandsschätzung untersucht. Darüber hinaus wird ein Sensor zur Linienerkennung ausgewählt und die notwendige Ansteuerung und Datenverarbeitung entwickelt.

Tests am Roboter zeigen, dass dieser durch die implementierten Regler erfolgreich in aufrechter Position stabilisiert wird und einer Sollwertvorgabe folgt. Diese wird entweder auf Grundlage einer Abstandsregelung, einer Linienfolgeregelung, einer vorher definierten zweidimensionalen Trajektorie oder zur Laufzeit gesendeter Fahrmanöver generiert. Durch die Kalibrierung der Kippwinkelmessung erreicht der Roboter stationäre Genauigkeit.

Die Arbeit umfasst eine detaillierte regelungstechnische Analyse des Balanceroboters sowie die anschließende praktische Umsetzung und zeigt, wie theoretische Konzepte zur Lösung praktischer Problemstellungen eingesetzt werden können.