Tento článok preskúma vytvorenie samovyvažovacieho vozidla alebo jednoducho segmentu Segway. Takmer všetky materiály na vytvorenie tohto zariadenia sú ľahko dostupné.
Samotné zariadenie je platforma, na ktorej stojí vodič. Sklopením tela sú dva elektrické motory ovládané prostredníctvom reťazca obvodov a mikrokontrolérov zodpovedných za vyvažovanie.
materiály:
- Bezdrôtový ovládací modul XBee.
mikroprocesory Arduino
-akkumulyatory
Senzor InvenSense MPU-6050 na module „GY-521“,
drevené tyče
voľbu potvrďte
dve kolesá
atď., uvedené v článku a na fotografiách.
Prvý krok: Stanovte požadované charakteristiky a navrhnite systém.
Pri vytváraní tohto zariadenia sa autor snažil zapadnúť do takých parametrov, ako sú:
- priechodnosť a sila potrebná na voľný pohyb aj po štrku
- batérie s dostatočnou kapacitou na zabezpečenie aspoň jednej hodiny nepretržitej prevádzky zariadenia
- poskytnúť možnosť bezdrôtového ovládania, ako aj zaznamenávať údaje o činnosti zariadenia na kartu SD na identifikáciu a riešenie problémov.
Ďalej je žiaduce, aby náklady na vytvorenie takého zariadenia boli nižšie ako náklady na objednanie pôvodného terénneho vznášadla.
Podľa nižšie uvedenej schémy môžete vidieť schému zapojenia samovyvažovacieho vozidla.
Nasledujúci obrázok zobrazuje operačný systém gyroskopickej jednotky.
Výber mikrokontroléra na riadenie systémov Segway je rôznorodý, autor systému Arduino je najvýhodnejší kvôli cenovým kategóriám. Takéto radiče ako Arduino Uno, Arduino Nano to urobia, alebo môžete ATmega 328 použiť ako samostatný čip.
Na napájanie riadiaceho obvodu motora s dvojitým mostíkom je potrebné napájacie napätie 24 V, ktoré sa ľahko dosiahne zapojením 12 V automobilových batérií do série.
Systém je navrhnutý tak, aby bol do motorov dodávaný prúd iba pri stlačení tlačidla Štart, takže na rýchle zastavenie ho jednoducho pustite. Súčasne musí platforma Arduino podporovať sériovú komunikáciu s mostíkovým riadiacim obvodom motorov a bezdrôtovým riadiacim modulom.
Vďaka senzoru InvenSense MPU-6050 na module „GY-521“, ktorý spracúva zrýchlenie a vykonáva funkcie gyroskopu, sa merajú parametre naklonenia.Senzor bol umiestnený na dvoch samostatných rozširujúcich kartách. Autobus l2c komunikuje s mikrokontrolérom Arduino. Okrem toho bol snímač naklonenia s adresou 0x68 naprogramovaný tak, aby sa každých 20 ms uskutočňoval prieskum a poskytoval prerušenie mikrokontroléru Arduino. Ďalší senzor má adresu 0x69 a je pritiahnutý priamo k Arduino.
Keď užívateľ vstúpi na platformu skútra, aktivuje sa spínač obmedzenia zaťaženia, ktorý aktivuje režim algoritmu na vyváženie Segway.
Krok 2: Vytvorte trup hoverboardu a nainštalujte základné prvky.
Po určení základnej koncepcie prevádzky gyroskopov, autor pristúpil k priamej montáži svojho tela a inštalácii hlavných častí. Hlavným materiálom boli drevené dosky a tyče. Strom váži málo, čo bude mať pozitívny vplyv na trvanie nabíjania batérie, drevo sa navyše ľahko spracováva a je izolátorom. Z týchto dosiek bola vytvorená krabica, v ktorej budú nainštalované batérie, motory a mikroobvody. Takto sa získala drevená časť v tvare písmena U, na ktorej sú kolesá a motory namontované pomocou skrutiek.
Prenos sily motora na kolesá bude prebiehať cez prevodovku. Pri ukladaní hlavných komponentov do krytu Segway je veľmi dôležité zabezpečiť rovnomerné rozloženie hmotnosti, keď sa Segway uvedie do pracovnej vertikálnej polohy. Preto, ak nezohľadníte rozloženie hmotnosti z ťažkých batérií, bude práca na vyvážení zariadenia náročná.
V tomto prípade autor umiestnil batérie vzadu tak, aby kompenzoval hmotnosť motora, ktorý sa nachádza v strede zariadenia. elektronický komponenty komponentov boli umiestnené medzi motor a batérie. Pre následné testovanie bolo tiež pripojené dočasné tlačidlo Štart na úchytke Segway.
Krok tretí: Elektrický obvod.
Podľa vyššie uvedeného diagramu boli všetky vodiče v puzdre Segway implementované. V súlade s nižšie uvedenou tabuľkou boli tiež všetky výstupy mikrokontroléra Arduino pripojené k obvodu mosta na riadenie motora, ako aj k vyvažovacím senzorom.
Nasledujúci obrázok zobrazuje snímač sklonu nainštalovaný vodorovne, zatiaľ čo riadiaci senzor bol nainštalovaný vertikálne pozdĺž osi Y.
Krok 4: Otestujte a nakonfigurujte zariadenie.
Po predchádzajúcich krokoch autor dostal model Segway na testovanie.
Pri vykonávaní skúšok je dôležité vziať do úvahy faktory, ako napríklad bezpečnosť skúšobnej oblasti, ako aj ochranné vybavenie vo forme ochranných štítov a prilby pre vodiča.
Autor sa rozhodol začať testovať Segway stiahnutím kódu do mikrokontroléra a kontrolou jeho spojenia s riadiacimi obvodmi a senzormi.
software:
Terminál Arduino vyzerá skvele na kontrolu pracovnej kapacity kódu, ako aj na možné riešenie problémov s následným ladením. Je dôležité správne nastaviť zisk regulátora PID, ktorý bude závisieť od parametrov použitého motora.
Po nastavení regulátora sa do regulátora privádza napájanie a senzory vstúpia do pohotovostného stavu. Potom sa stlačí štartovacie tlačidlo a motory sa zapnú. Naklonením Segway vodič riadi pohyb vďaka práci algoritmu vyvažovania.
Video nižšie zobrazuje činnosť montovaného vznášadla: