Questo articolo esaminerà la creazione di un veicolo auto-bilanciante o semplicemente un Segway. Quasi tutti i materiali per la creazione di questo dispositivo sono facilmente accessibili.
Il dispositivo stesso è una piattaforma su cui si trova il driver. Inclinando il corpo, due motori elettrici vengono controllati attraverso una catena di circuiti e microcontrollori responsabili del bilanciamento.
materiali:
- Modulo di controllo XBee wireless.
microcontrollori Arduino
-akkumulyatory
Sensore InvenSense MPU-6050 sul modulo “GY-521”,
-barre di legno
-per
due ruote
e così via, indicato nell'articolo e nelle fotografie.
Fase 1: determinare le caratteristiche richieste e progettare il sistema.
Durante la creazione di questo dispositivo, l'autore ha cercato di adattarsi a parametri come:
-passabilità e potenza necessarie per la libera circolazione anche su ghiaia
- batterie con capacità sufficiente per garantire almeno un'ora di funzionamento continuo del dispositivo
-per fornire la possibilità di controllo wireless, nonché la registrazione di dati sul funzionamento del dispositivo su una scheda SD per identificare e risolvere i problemi.
Inoltre, è desiderabile che il costo di creazione di tale dispositivo sia inferiore rispetto all'ordinazione di un hoverboard fuoristrada originale.
Secondo lo schema seguente, è possibile vedere lo schema elettrico del veicolo autobilanciato.
L'immagine seguente mostra il sistema operativo dell'unità giroscopio.
La scelta di un microcontrollore per il controllo dei sistemi Segway è varia, l'autore del sistema Arduino è preferito soprattutto per le sue categorie di prezzo. Controller come Arduino Uno, Arduino Nano lo faranno, oppure puoi prendere l'ATmega 328 da usare come chip separato.
Per alimentare il circuito di controllo del motore a doppio ponte, è necessaria una tensione di alimentazione di 24 V, che può essere facilmente raggiunta collegando le batterie per auto da 12 V in serie.
Il sistema è progettato in modo tale che l'alimentazione venga fornita ai motori solo mentre viene premuto il pulsante di avvio, quindi per un arresto rapido, rilasciarlo. Allo stesso tempo, la piattaforma Arduino deve supportare la comunicazione seriale sia con il circuito di controllo a ponte dei motori sia con il modulo di controllo wireless.
Grazie al sensore InvenSense MPU-6050 sul modulo “GY-521”, che elabora l'accelerazione e svolge le funzioni di un giroscopio, vengono misurati i parametri di inclinazione.Il sensore si trovava su due schede di espansione separate. Il bus l2c comunica con il microcontrollore Arduino. Inoltre, il sensore di inclinazione con l'indirizzo 0x68 è stato programmato in modo da eseguire il polling ogni 20 ms e fornire interruzioni al microcontrollore Arduino. Un altro sensore ha l'indirizzo 0x69 ed è estratto direttamente su Arduino.
Quando l'utente entra nella piattaforma dello scooter, viene attivato il finecorsa di carico, che attiva la modalità algoritmo per il bilanciamento del Segway.
Fase due: creare uno scafo dell'hoverboard e installare gli elementi di base.
Dopo aver determinato il concetto di base dello schema di funzionamento del giroscopio, l'autore ha proceduto al montaggio diretto del suo corpo e all'installazione delle parti principali. Il materiale principale era tavole di legno e barre. L'albero pesa poco, il che influirà positivamente sulla durata della carica della batteria, inoltre, il legno viene facilmente lavorato ed è un isolante. Da queste schede è stata realizzata una scatola in cui verranno installate batterie, motori e microcircuiti. Pertanto, è stata ottenuta una parte in legno a forma di U, su cui ruote e motori sono montati mediante bulloni.
La trasmissione della potenza del motore alle ruote passerà attraverso la trasmissione ad ingranaggi. Quando si posizionano i componenti principali nella custodia del Segway, è molto importante assicurarsi che il peso sia distribuito uniformemente quando il Segway viene portato in una posizione verticale di lavoro. Pertanto, se non si tiene conto della distribuzione del peso da batterie pesanti, il lavoro di bilanciamento del dispositivo sarà difficile.
In questo caso, l'autore ha posizionato le batterie sul retro, in modo da compensare il peso del motore, che si trova al centro del dispositivo. elettronico i dispositivi componenti sono stati collocati tra il motore e le batterie. Per i test successivi, è stato anche collegato un pulsante di avvio temporaneo sulla maniglia del Segway.
Fase tre: il circuito elettrico.
Secondo lo schema sopra, sono stati implementati tutti i cavi nella custodia del Segway. Inoltre, secondo la tabella seguente, tutte le uscite del microcontrollore Arduino erano collegate al circuito del ponte di controllo del motore, nonché ai sensori di bilanciamento.
Il diagramma seguente mostra un sensore di inclinazione installato in orizzontale, mentre il sensore di controllo è stato installato verticalmente lungo l'asse Y.
Fase quattro: testare e configurare il dispositivo.
Dopo i passaggi precedenti, l'autore ha ricevuto il modello Segway per i test.
Quando si eseguono i test, è importante tenere conto di fattori quali la sicurezza dell'area di test, nonché di dispositivi di protezione sotto forma di schermi protettivi e un casco per il conducente.
L'autore ha deciso di iniziare a testare Segway scaricando il codice sul microcontrollore e verificandone la connessione con circuiti di controllo e sensori.
Software:
Arduino Terminal è ottimo per verificare la funzionalità del codice, nonché la possibile ricerca di problemi per il loro successivo debug. È importante regolare correttamente il guadagno del controller PID, che dipenderà dai parametri del motore utilizzato.
Dopo aver regolato il regolatore, l'alimentazione viene fornita al controller e i sensori entrano in modalità standby. Quindi viene premuto il pulsante di avvio e i motori si accendono. Inclinando Segway, il conducente controlla il movimento a causa del lavoro dell'algoritmo di bilanciamento.
Il video seguente mostra il funzionamento del dispositivo hovercraft assemblato: