DIY Two-Wheeled Self-Balancing Robot with Arduino, MPU-6050 & PID Control
আরডুইনো দিয়ে দুই চাকার স্বয়ংক্রিয় সেলফ-ব্যালেন্সিং রোবট ও পিআইডি কন্ট্রোল গাইড
লেখক: Engr. Shantonu Acharjee (Control Systems Specialist) | টেক ল্যাব: Electrobaz Workshop
Construct an inverted pendulum self-balancing robot with Arduino Uno, MPU-6050 6-axis IMU, and high-speed closed-loop PID control tuning for rock-solid two-wheeled stabilization.
🛠️ প্রয়োজনীয় হার্ডওয়্যার ও কম্পোনেন্ট তালিকা (Required Components):
- MPU-6050 6-Axis Gyroscope & Accelerometer Module (DMP enabled) (৳2800 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
- Arduino Uno R3 or Nano V3.0 Microcontroller Board (৳79 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
- L298N Dual H-Bridge Motor Driver Module / TB6612FNG High-Efficiency Driver (৳239 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
- 2x High-Speed DC Geared Motors with Encoders / N20 High-Speed Geared Motors (৳79 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
- 2x 65mm Balanced Rubber Wheels (৳64 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
- Multi-Tier Acrylic Stacking Chassis Kit (Center of Gravity calibrated) (৳79 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
- 11.1V 3S Li-Po Battery / 3x 18650 Li-ion Cells (High Current Discharge) (৳84 BDT) — অনলাইনে অর্ডার করুন
💡 সবগুলো কম্পোনেন্ট একসাথে কিট আকারে পেতে সরাসরি আমাদের হোয়াটসঅ্যাপে (01721-820184) নক দিন।
⚡ কাজের মূল নীতি ও সার্কিট কার্যপদ্ধতি (Working Principle):
Based on the classic inverted pendulum control problem. The MPU-6050 calculates inclination pitch angle. The Arduino runs a Proportional-Integral-Derivative (PID) algorithm at 100Hz: Error = Target_Angle - Current_Angle. Output = Kp*Error + Ki*Integral + Kd*Derivative. Motor speed and direction are adjusted continuously to keep the chassis centered over its wheels.
ভূমিকা ও ইনভার্টেড পেন্ডুলাম কন্ট্রোল থিওরি: সেগওয়ে (Segway) বা মানুষের দুই পায়ে দাঁড়িয়ে থাকার বৈজ্ঞানিক নীতির ওপর ভিত্তি করে তৈরি সেলফ-ব্যালেন্সিং রোবট। মাত্র দুটি চাকার ওপর ভর করে মাধ্যাকর্ষণের বিপরীতে দাঁড়িয়ে থাকা এবং ধাক্কা দিলে নিজে থেকেই ভারসাম্য ফিরিয়ে আনা কন্ট্রোল ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের এক বিস্ময়কর নিদর্শন। এটি বিজ্ঞান মেলায় প্রথম পুরস্কার জয়ের জন্য অন্যতম শীর্ষ প্রযুক্তিগত প্রজেক্ট।
প্রয়োজনীয় কম্পোনেন্ট ও হার্ডওয়্যার লিস্ট: (১) আর্ডুইনো উনো; (২) MPU-6050 ৬-অ্যাক্সিস সেন্সর; (৩) L298N বা মসফেট TB6612FNG মোটর ড্রাইভার; (৪) ২টি হাই-টর্ক ও দ্রুতগতির ডিসি মোটর; (৫) ৩-স্তরের উলম্ব চেসিস ফ্রেম; (৬) ১১.১V লিথিয়াম পলিমার (Li-Po) ব্যাটারি।
সার্কিট কানেকশন ও আইটুসি বাস ওয়্যারিং: (১) MPU6050 VCC -> 5V, GND -> GND, SDA -> Pin A4, SCL -> Pin A5, INT -> Pin D2 (হার্ডওয়্যার ইন্টারাপ্ট); (২) L298N ENA, ENB -> Pins 5, 10 (PWM স্পিড কন্ট্রোল); (৩) L298N IN1, IN2, IN3, IN4 -> Pins 6, 7, 8, 9; (৪) মোটর ড্রাইভার সরাসরি ১১.১V ব্যাটারিতে যুক্ত হবে।
পিআইডি (PID) কন্ট্রোল অ্যালগরিদমের মূল রহস্য: (১) Proportional (Kp) — রোবট হেলে যাওয়ার সাথে সাথে সরাসরি আনুপাতিক বল প্রয়োগ করে; (২) Derivative (Kd) — রোবটের হেলে পড়ার গতি (Angular Velocity) থামায় যাতে ওভারশুট না করে; (৩) Integral (Ki) — দীর্ঘমেয়াদী স্থায়ী হেলে থাকা দূর করে রোবটকে খাড়া রাখে।
ধাপে ধাপে ব্যালেন্সিং ও সেন্টার অফ গ্র্যাভিটি (CG): ধাপ ১: রোবটটিকে সম্পূর্ণ অ্যাসেম্বল করে ব্যাটারিটি ঠিক মাঝখানের তাকে রাখুন যাতে ভরকেন্দ্র চাকার অক্ষের ঠিক ওপরে থাকে। ধাপ ২: MPU6050 টিকে রোবটের ঠিক মাঝখানে সমান্তরালভাবে বসান। ধাপ ৩: সফটওয়্যারে Kp বাড়িয়ে টিউন করুন যতক্ষণ না রোবট দ্রুত ওঠানামা শুরু করে, এরপর Kd বাড়িয়ে ঝাঁকুনি নিয়ন্ত্রণ করুন।
বাংলাদেশি শিক্ষার্থীদের জন্য কমন ট্রাবলশুটিং: সমস্যা ১:
— সমাধান: মোটরের প্লাস-মাইনাস পোলারিটি উল্টো রয়েছে; রোবট যেদিকে হেলে মোটর সেদিকে ঘুরতে হবে যাতে চাকা হেলে পড়ার নিচে চলে আসতে পারে। সমস্যা ২:
— সমাধান: কোডে MPU-6050 এর বিল্ট-ইন DMP (Digital Motion Processor) লাইব্রেরি ব্যবহার করুন যা সেন্সরের ভেতরেই ফিল্টারিং করে আর্ডুইনোর লোড কমায়।
বিজ্ঞান মেলা প্রেজেন্টেশন ও বিচারকদের প্রশ্নোত্তর: বিচারকের সামনে রোবটটিকে খাড়া ছেড়ে দিন এবং রোবটের গায়ে মৃদু ধাক্কা দিন। রোবটটি নিজে থেকেই নিজেকে পুনরুদ্ধার করে আগের জায়গায় দাঁড়িয়ে পড়বে। বিচারক প্রশ্ন করবেন:
উত্তর: ড্রোন স্টেবিলাইজেশন, স্যাটেলাইট রকেট বুস্টার লঞ্চ কন্ট্রোল, সেগওয়ে স্কুটার এবং আধুনিক হিউম্যানয়েড রোবটের দুই পায়ে হাঁটার মূল ভিত্তিই হলো এই পিআইডি ব্যালেন্সিং প্রযুক্তি।
📚 আরও সম্পর্কিত বিজ্ঞান মেলা প্রজেক্ট ও টিউটোরিয়াল (Related Guides):
Wireless Live View FPV Camera Robot with ESP32-CAM
Build a real-time First Person View (FPV) video streaming robot car powered by ESP32-CAM a...
টিউটোরিয়াল পড়ুন →Hand Gesture Controlled Robotic Wheelchair for Mobility Assistance
Empowering individuals with mobility impairments: an intelligent assistive wheelchair cont...
টিউটোরিয়াল পড়ুন →Footstep Piezoelectric Power Generator: Harvesting Kinetic Energy
Transform footsteps into clean electricity: harness piezoelectric ceramic transducers unde...
টিউটোরিয়াল পড়ুন →