Dit artikel gaat in op de creatie van een zelfbalancerend voertuig of gewoon een Segway. Bijna alle materialen voor het maken van dit apparaat zijn gemakkelijk toegankelijk.
Het apparaat zelf is een platform waarop de bestuurder staat. Door het lichaam te kantelen, worden twee elektromotoren bestuurd via een keten van circuits en microcontrollers die verantwoordelijk zijn voor het balanceren.
Materialen:
- Draadloze XBee-besturingsmodule.
microcontroller Arduino
-batterijen
InvenSense MPU-6050-sensor op de "GY-521" -module,
-houten staven
-knop
twee wielen
enzovoort, aangegeven in het artikel en op de foto's.
Stap één: Bepaal de vereiste kenmerken en ontwerp het systeem.
Bij het maken van dit apparaat probeerde de auteur in te passen in parameters als:
-doorlaatbaarheid en kracht die nodig zijn voor vrij verkeer, zelfs op grind
- batterijen met voldoende capaciteit om het apparaat ten minste een uur lang continu te laten werken
-om de mogelijkheid van draadloze bediening te bieden, evenals het opnemen van gegevens over de werking van het apparaat op een SD-kaart om te identificeren en problemen op te lossen.
Bovendien is het wenselijk dat de kosten van het maken van een dergelijke inrichting lager zijn dan het bestellen van een origineel offroad-hoverboard.
Volgens onderstaand schema ziet u het schakelschema van het zelfbalancerende voertuig.
De volgende afbeelding toont het besturingssysteem van de gyroscoopaandrijving.
De keuze van een microcontroller voor het besturen van Segway-systemen is divers, de auteur van het Arduino-systeem heeft de meeste voorkeur vanwege zijn prijscategorieën. Zulke controllers als Arduino Uno, Arduino Nano zullen het doen, of je kunt de ATmega 328 gebruiken om als een aparte chip te gebruiken.
Om een motorcircuit met dubbele brugmotor te voeden, is een voedingsspanning van 24 V nodig, deze spanning wordt gemakkelijk bereikt door 12 V auto-accu's in serie aan te sluiten.
Het systeem is zo ontworpen dat de motoren alleen van stroom worden voorzien als de startknop is ingedrukt, dus laat hem snel los voor een snelle stop. Tegelijkertijd moet het Arduino-platform seriële communicatie ondersteunen met zowel het brugbesturingscircuit van de motoren als de draadloze besturingsmodule.
Dankzij de InvenSense MPU-6050-sensor op de "GY-521" -module, die acceleratie verwerkt en de functies van een gyroscoop draagt, worden de kantelparameters gemeten.De sensor bevond zich op twee afzonderlijke uitbreidingskaarten. De l2c-bus communiceert met de Arduino-microcontroller. Bovendien was de hellingsensor met het adres 0x68 zo geprogrammeerd dat hij elke 20 ms pollt en de Arduino-microcontroller onderbreekt. Een andere sensor heeft het adres 0x69 en wordt rechtstreeks naar de Arduino getrokken.
Wanneer de gebruiker het platform van de scooter betreedt, wordt de lasteindschakelaar geactiveerd, die de algoritmemodus activeert voor het uitbalanceren van de Segway.
Stap twee: Maak een romp van het hoverboard en installeer de basiselementen.
Na het basisconcept van het bedieningsschema van de gyroscooter te hebben bepaald, ging de auteur over tot de directe montage van zijn lichaam en installatie van de belangrijkste onderdelen. Het belangrijkste materiaal was houten planken en staven. De boom weegt weinig, wat de duur van de acculading positief beïnvloedt, bovendien is het hout gemakkelijk te verwerken en is het een isolator. Van deze borden is een doos gemaakt waarin batterijen, motoren en microschakelingen worden geplaatst. Zo werd een U-vormig houten onderdeel verkregen, waarop wielen en motoren met bouten worden gemonteerd.
De transmissie van het motorvermogen naar de wielen verloopt via een tandwieloverbrenging. Bij het leggen van de belangrijkste componenten in de Segway-behuizing is het erg belangrijk om ervoor te zorgen dat het gewicht gelijkmatig wordt verdeeld wanneer de Segway in een werkende verticale positie wordt gebracht. Daarom, als u geen rekening houdt met de gewichtsverdeling van zware batterijen, zal het balanceren van het apparaat moeilijk zijn.
In dit geval plaatste de auteur de batterijen aan de achterkant, om het gewicht van de motor, die zich in het midden van het apparaat bevindt, te compenseren. Elektronisch componenten apparaten werden tussen de motor en de accu's geplaatst. Voor daaropvolgende tests werd ook een tijdelijke startknop op de Segway-handgreep bevestigd.
Stap drie: het elektrische circuit.
Volgens het bovenstaande diagram zijn alle draden in de Segway-behuizing geïmplementeerd. Volgens de onderstaande tabel waren ook alle uitgangen van de Arduino-microcontroller aangesloten op het motorbesturingsbrugcircuit, evenals op de balanssensoren.
Het volgende diagram toont een horizontaal geïnstalleerde hellingsensor, terwijl de controlesensor verticaal langs de Y-as is geïnstalleerd.
Stap vier: Test en configureer het apparaat.
Na de vorige stappen ontving de auteur het model Segway om te testen.
Bij het uitvoeren van tests is het belangrijk om rekening te houden met factoren zoals de veiligheid van het testgebied, evenals beschermende uitrusting in de vorm van beschermende schilden en een helm voor de bestuurder.
De auteur besloot Segway te testen door de code naar de microcontroller te downloaden en de verbinding met regelcircuits en sensoren te controleren.
Software:
Arduino Terminal is geweldig voor het controleren van de functionaliteit van de code, evenals voor het mogelijk zoeken naar problemen voor hun daaropvolgende foutopsporing. Het is belangrijk om de versterking van de PID-controller correct af te stellen, die afhangt van de parameters van de gebruikte motor.
Nadat de regelaar is afgesteld, wordt er stroom geleverd aan de controller en gaan de sensoren in de stand-bystand. Vervolgens wordt de startknop ingedrukt en gaan de motoren aan. Door de Segway te kantelen, controleert de bestuurder de beweging dankzij het werk van het balansalgoritme.
De onderstaande video toont de werking van het geassembleerde hovercraft-apparaat: