Tento článek prozkoumá vytvoření samovyvažovacího vozidla nebo jednoduše segmentu Segway. Téměř všechny materiály pro vytvoření tohoto zařízení jsou snadno dostupné.
Samotné zařízení je platforma, na které řidič stojí. Sklopením těla jsou dva elektrické motory ovládány prostřednictvím řetězce obvodů a mikrokontrolérů odpovědných za vyvažování.
Materiály:
- Bezdrátový řídicí modul XBee.
mikrokontrolér Arduino
-baterie
Senzor InvenSense MPU-6050 na modulu „GY-521“,
- dřevěné bary
-tlačítko
dvě kola
atd., uvedené v článku a na fotografiích.
Krok 1: Stanovte požadované vlastnosti a navrhněte systém.
Při vytváření tohoto zařízení se autor pokusil zapadnout do takových parametrů, jako jsou:
-propustnost a síla nezbytná pro volný pohyb i po štěrku
- baterie s dostatečnou kapacitou, aby poskytovaly alespoň jednu hodinu nepřetržitého provozu zařízení
- poskytnout možnost bezdrátového ovládání a také zaznamenat data o činnosti zařízení na SD kartu pro identifikaci a řešení problémů.
Kromě toho je žádoucí, aby náklady na vytvoření takového zařízení byly nižší než objednání původního terénního vznášedla.
Podle schématu níže vidíte schéma zapojení samovyvažovacího vozidla.
Následující obrázek ukazuje operační systém pohonu gyroskopu.
Výběr mikrokontroléru pro řízení systémů Segway je rozmanitý, autor systému Arduino je nejvýhodnější kvůli cenovým kategoriím. Takové ovladače jako Arduino Uno, Arduino Nano jsou vhodné nebo můžete ATmega 328 použít jako samostatný čip.
K napájení řídicího obvodu motoru s dvojitým můstkem je zapotřebí napájecí napětí 24 V, tohoto napětí lze snadno dosáhnout zapojením 12 V autobaterií do série.
Systém je navržen tak, aby byl do motorů dodáván výkon pouze při stisknutém tlačítku start, takže pro rychlé zastavení jej uvolněte. Současně musí platforma Arduino podporovat sériovou komunikaci jak s řídicím obvodem můstku motorů, tak s bezdrátovým řídicím modulem.
Díky senzoru InvenSense MPU-6050 v modulu „GY-521“, který zpracovává akceleraci a nese funkce gyroskopu, se měří parametry náklonu.Senzor byl umístěn na dvou samostatných rozšiřujících kartách. Sběrnice l2c komunikuje s mikrokontrolérem Arduino. Kromě toho byl snímač sklonu s adresou 0x68 naprogramován tak, aby se dotazoval každých 20 ms a poskytoval přerušení mikrokontroléru Arduino. Jiný senzor má adresu 0x69 a je tažen přímo na Arduino.
Když uživatel vstoupí na platformu skútru, aktivuje se spínač omezení zatížení, který aktivuje režim algoritmu pro vyvažování Segway.
Krok 2: Vytvořte trup hoverboardu a nainstalujte základní prvky.
Po stanovení základní koncepce provozního schématu gyroskopů, autor přistoupil k přímé montáži svého těla a instalaci hlavních částí. Hlavním materiálem byly dřevěné desky a tyče. Strom váží málo, což pozitivně ovlivní dobu nabíjení baterie, dřevo se navíc snadno zpracovává a je izolátorem. Z těchto desek byl vyroben box, ve kterém budou instalovány baterie, motory a mikroobvody. Takto byla získána dřevěná část ve tvaru písmene U, na které jsou díky šroubům namontována kola a motory.
Přenos výkonu motoru na kola bude probíhat prostřednictvím převodovky. Při pokládání hlavních součástí do skříně Segway je velmi důležité zajistit rovnoměrné rozložení hmotnosti, když se Segway uvede do pracovní vertikální polohy. Pokud tedy nezohledníte rozložení hmotnosti z těžkých baterií, bude práce na vyvažování zařízení obtížná.
V tomto případě autor umístil baterie vzadu tak, aby kompenzoval hmotnost motoru, který je umístěn ve středu zařízení. Elektronický komponentní zařízení byla umístěna mezi motor a baterie. Pro následné testování bylo také připojeno dočasné tlačítko startu na úchytce Segway.
Krok 3: Elektrický obvod.
Podle výše uvedeného schématu byly všechny dráty v pouzdře Segway implementovány. V souladu s níže uvedenou tabulkou byly také všechny výstupy mikrokontroléru Arduino připojeny k řídicímu obvodu můstku motoru ak vyvažovacím senzorům.
Následující obrázek ukazuje snímač náklonu nainstalovaný vodorovně, zatímco řídicí senzor byl nainstalován svisle podél osy Y.
Krok 4: Otestujte a nakonfigurujte zařízení.
Po předchozích krocích byl autor přijat model Segway pro testování.
Při provádění zkoušek je důležité vzít v úvahu faktory, jako je bezpečnost zkušebního prostoru, jakož i ochranná zařízení ve formě ochranných štítů a přilby pro řidiče.
Autor se rozhodl zahájit testování Segway stažením kódu do mikrokontroléru a kontrolou jeho spojení s řídicími obvody a senzory.
Software:
Terminál Arduino je dokonale vhodný pro kontrolu pracovní kapacity kódu a také pro možné hledání problémů s jejich následným laděním. Je důležité správně upravit zisk regulátoru PID, který bude záviset na parametrech použitého motoru.
Po nastavení regulátoru je napájení přiváděno do regulátoru a senzory přejdou do pohotovostního stavu. Poté se stiskne tlačítko start a motory se zapnou. Sklopením Segway řidič řídí pohyb díky práci algoritmu vyvažování.
Video níže ukazuje činnost sestaveného vznášedla: