W tym artykule zbada się stworzenie pojazdu samobalansującego lub po prostu Segwaya. Prawie wszystkie materiały do stworzenia tego urządzenia są łatwo dostępne.
Samo urządzenie jest platformą, na której stoi kierowca. Przechylając nadwozie, dwa silniki elektryczne są kontrolowane przez łańcuch obwodów i mikrokontrolery odpowiedzialne za wyważanie.
Materiały:
- Bezprzewodowy moduł sterujący XBee.
mikrokontroler Arduino
-baterie
Czujnik InvenSense MPU-6050 w module „GY-521”,
-Drewniane pręty
-przycisk
dwa koła
i tak dalej, wskazane w artykule i na fotografiach.
Krok pierwszy: Określ wymagane cechy i zaprojektuj system.
Tworząc to urządzenie, autor próbował dopasować takie parametry, jak:
- przepustowość i moc niezbędna do swobodnego poruszania się nawet na żwirze
- baterie o wystarczającej pojemności, aby zapewnić co najmniej godzinę ciągłej pracy urządzenia
-w celu zapewnienia możliwości sterowania bezprzewodowego, a także rejestrowania danych dotyczących działania urządzenia na karcie SD w celu identyfikacji i rozwiązywania problemów.
Ponadto pożądane jest, aby koszt stworzenia takiego urządzenia był mniejszy niż zamówienie oryginalnego hoverboardu terenowego.
Zgodnie z poniższym schematem można zobaczyć schemat obwodu pojazdu samobalansującego.
Poniższy obraz pokazuje system operacyjny napędu żyroskopu.
Wybór mikrokontrolera do sterowania systemami Segway jest zróżnicowany, autor systemu Arduino jest najbardziej preferowany ze względu na kategorie cenowe. Takie kontrolery jak Arduino Uno, Arduino Nano zrobią, lub możesz wziąć ATmega 328 do użycia jako osobnego układu.
Do zasilania obwodu sterującego silnikiem z podwójnym mostkiem potrzebne jest napięcie zasilające 24 V. Napięcie to można łatwo osiągnąć, łącząc szeregowo akumulatory samochodowe 12 V.
System został zaprojektowany w taki sposób, że moc jest dostarczana do silników tylko przy wciśniętym przycisku Start, więc w celu szybkiego zatrzymania po prostu zwolnij go. Jednocześnie platforma Arduino musi obsługiwać komunikację szeregową zarówno z mostkowym obwodem sterującym silników, jak i bezprzewodowym modułem sterującym.
Dzięki czujnikowi InvenSense MPU-6050 w module „GY-521”, który przetwarza przyspieszenie i pełni funkcje żyroskopu, mierzone są parametry pochylenia.Czujnik znajdował się na dwóch osobnych kartach rozszerzeń. Magistrala L2c komunikuje się z mikrokontrolerem Arduino. Ponadto czujnik przechyłu o adresie 0x68 został zaprogramowany w taki sposób, aby odpytywał co 20 ms i zapewniał przerwę w mikrokontrolerze Arduino. Inny czujnik ma adres 0x69 i jest ciągnięty bezpośrednio do Arduino.
Gdy użytkownik wchodzi na platformę skutera, aktywowany jest wyłącznik krańcowy obciążenia, który aktywuje tryb algorytmu równoważenia Segwaya.
Krok drugi: Utwórz kadłub deski rozdzielczej i zainstaluj podstawowe elementy.
Po ustaleniu podstawowej koncepcji schematu działania skutera żyroskopowego autor przystąpił do bezpośredniego montażu jego korpusu i instalacji głównych części. Głównym materiałem były drewniane deski i pręty. Drzewo waży niewiele, co pozytywnie wpłynie na czas ładowania akumulatora, ponadto drewno jest łatwe do obróbki i jest izolatorem. Z tych płyt wykonano pudełko, w którym zostaną zainstalowane baterie, silniki i mikroukłady. W ten sposób uzyskano drewnianą część w kształcie litery U, na której koła i silniki są montowane za pomocą śrub.
Przeniesienie mocy silnika na koła odbywa się poprzez przekładnię zębatą. Podczas układania głównych elementów w obudowie Segway bardzo ważne jest, aby zapewnić równomierne rozłożenie ciężaru, gdy Segway zostanie ustawiony w roboczej pozycji pionowej. Dlatego jeśli nie weźmiesz pod uwagę rozkładu ciężaru z ciężkich baterii, praca nad wyważeniem urządzenia będzie trudna.
W tym przypadku autor umieścił akumulatory z tyłu, aby zrekompensować ciężar silnika, który znajduje się na środku urządzenia. Elektroniczny elementy składowe zostały umieszczone między silnikiem a akumulatorami. Do kolejnych testów dołączono również przycisk tymczasowego startu na uchwycie Segwaya.
Krok trzeci: obwód elektryczny.
Zgodnie z powyższym schematem wszystkie przewody w obudowie Segway zostały zaimplementowane. Ponadto, zgodnie z poniższą tabelą, wszystkie wyjścia mikrokontrolera Arduino zostały podłączone do obwodu mostka sterowania silnikiem, a także do czujników wyważania.
Poniższy schemat pokazuje czujnik pochylenia zainstalowany poziomo, podczas gdy czujnik sterujący został zainstalowany pionowo wzdłuż osi Y.
Krok czwarty: Przetestuj i skonfiguruj urządzenie.
Po poprzednich krokach autor otrzymał model Segway do testowania.
Podczas przeprowadzania testów ważne jest, aby wziąć pod uwagę takie czynniki, jak bezpieczeństwo obszaru testowego, a także wyposażenie ochronne w postaci tarcz ochronnych i kasku dla kierowcy.
Autor postanowił rozpocząć testowanie Segwaya, pobierając kod do mikrokontrolera i sprawdzając jego połączenie z obwodami sterującymi i czujnikami.
Oprogramowanie:
Arduino Terminal doskonale nadaje się do sprawdzania funkcjonalności kodu, a także ewentualnego wyszukiwania problemów w celu ich późniejszego debugowania. Ważne jest, aby prawidłowo wyregulować wzmocnienie regulatora PID, które będzie zależeć od parametrów zastosowanego silnika.
Po wyregulowaniu regulatora zasilanie jest dostarczane do kontrolera, a czujniki przechodzą w stan gotowości. Następnie wciśnięty jest przycisk Start i włączają się silniki. Przechylając Segway, kierowca kontroluje ruch dzięki pracy algorytmu równoważenia.
Poniższy film pokazuje działanie zmontowanego urządzenia poduszkowca: