In diesem Artikel wird die Erstellung eines selbstausgleichenden Fahrzeugs oder einfach eines Segway untersucht. Fast alle Materialien zur Erstellung dieses Geräts sind leicht zugänglich.
Das Gerät selbst ist eine Plattform, auf der der Fahrer steht. Durch Kippen des Körpers werden zwei Elektromotoren über eine Kette von Schaltkreisen und Mikrocontrollern gesteuert, die für das Auswuchten verantwortlich sind.
Material:
- Drahtloses XBee-Steuermodul.
Mikrocontroller Arduino
-Batterien
InvenSense MPU-6050-Sensor am Modul „GY-521“,
Holzstangen
-Knopf
zwei Räder
und so weiter, angegeben im Artikel und auf den Fotos.
Erster Schritt: Bestimmen Sie die erforderlichen Eigenschaften und entwerfen Sie das System.
Bei der Erstellung dieses Geräts hat der Autor versucht, folgende Parameter anzupassen:
-Passierbarkeit und Kraft für die freie Bewegung auch auf Schotter notwendig
- Batterien mit einer Kapazität von mindestens einer Stunde Dauerbetrieb des Geräts
-um die Möglichkeit zur drahtlosen Steuerung sowie zur Aufzeichnung von Daten über den Betrieb des Geräts auf einer SD-Karte zur Identifizierung und Fehlerbehebung bereitzustellen.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass die Kosten für die Herstellung eines solchen Geräts geringer sind als für die Bestellung eines originalen Offroad-Hoverboards.
Nach dem folgenden Diagramm sehen Sie den Schaltplan des selbstausgleichenden Fahrzeugs.
Das folgende Bild zeigt das Betriebssystem des Gyroskopantriebs.
Die Auswahl eines Mikrocontrollers zur Steuerung von Segway-Systemen ist vielfältig, der Autor des Arduino-Systems wird aufgrund seiner Preiskategorien am meisten bevorzugt. Controller wie Arduino Uno, Arduino Nano sind geeignet, oder Sie können ATmega 328 als separaten Chip verwenden.
Zur Stromversorgung des Doppelbrückenmotorsteuerkreises ist eine Versorgungsspannung von 24 V erforderlich. Diese Spannung wird leicht durch Reihenschaltung von 12-V-Autobatterien erreicht.
Das System ist so konzipiert, dass die Motoren nur dann mit Strom versorgt werden, wenn der Startknopf gedrückt wird. Lassen Sie ihn für einen schnellen Stopp einfach los. Gleichzeitig muss die Arduino-Plattform die serielle Kommunikation sowohl mit dem Brückensteuerkreis der Motoren als auch mit dem drahtlosen Steuermodul unterstützen.
Dank des InvenSense MPU-6050-Sensors am Modul „GY-521“, der die Beschleunigung verarbeitet und die Funktionen eines Gyroskops übernimmt, werden die Neigungsparameter gemessen.Der Sensor befand sich auf zwei separaten Erweiterungskarten. Der l2c-Bus kommuniziert mit dem Arduino-Mikrocontroller. Darüber hinaus wurde der Neigungssensor mit der Adresse 0x68 so programmiert, dass er alle 20 ms abfragt und den Arduino-Mikrocontroller unterbricht. Ein anderer Sensor hat die Adresse 0x69 und wird direkt zum Arduino gezogen.
Wenn der Benutzer die Plattform des Scooters betritt, wird der Lastendschalter aktiviert, der den Algorithmusmodus zum Auswuchten des Segway aktiviert.
Schritt 2: Erstellen Sie einen Rumpfrollerkörper und installieren Sie die Grundelemente.
Nachdem das Grundkonzept des Kreiselroller-Betriebsschemas festgelegt worden war, fuhr der Autor mit der direkten Montage seines Körpers und der Installation der Hauptteile fort. Das Hauptmaterial waren Holzbretter und Stangen. Der Baum wiegt wenig, was sich positiv auf die Dauer der Batterieladung auswirkt. Außerdem ist das Holz leicht zu verarbeiten und ein Isolator. Aus diesen Platinen wurde eine Box hergestellt, in die Batterien, Motoren und Mikrokreise eingebaut werden. So wurde ein U-förmiges Holzteil erhalten, auf dem Räder und Motoren mit Schrauben montiert sind.
Die Übertragung der Motorleistung auf die Räder erfolgt über ein Getriebe. Beim Verlegen der Hauptkomponenten im Segway-Gehäuse ist es sehr wichtig, dass das Gewicht gleichmäßig verteilt wird, wenn der Segway in eine funktionierende vertikale Position gebracht wird. Wenn Sie daher die Gewichtsverteilung von schweren Batterien nicht berücksichtigen, ist das Auswuchten des Geräts schwierig.
In diesem Fall hat der Autor die Batterien auf der Rückseite platziert, um das Gewicht des Motors auszugleichen, der sich in der Mitte des Geräts befindet. Elektronisch Komponentenvorrichtungen wurden zwischen dem Motor und den Batterien platziert. Für nachfolgende Tests wurde auch ein temporärer Startknopf am Segway-Griff angebracht.
Schritt drei: Der Stromkreis.
Gemäß dem obigen Diagramm wurden alle Drähte im Segway-Gehäuse implementiert. Gemäß der folgenden Tabelle wurden auch alle Ausgänge des Arduino-Mikrocontrollers mit dem Brückensteuerkreis des Motors sowie mit den Auswuchtsensoren verbunden.
Das folgende Diagramm zeigt einen horizontal installierten Neigungssensor, während der Steuersensor vertikal entlang der Y-Achse installiert wurde.
Schritt vier: Testen und konfigurieren Sie das Gerät.
Nach den vorherigen Schritten erhielt der Autor das Modell Segway zum Testen.
Bei der Durchführung von Tests ist es wichtig, Faktoren wie die Sicherheit des Testbereichs sowie Schutzausrüstung in Form von Schutzschildern und einem Helm für den Fahrer zu berücksichtigen.
Der Autor beschloss, Segway zu testen, indem er den Code auf den Mikrocontroller herunterlud und seine Verbindung mit Steuerkreisen und Sensoren überprüfte.
Software:
Das Arduino Terminal eignet sich hervorragend zur Überprüfung der Funktionalität des Codes sowie zur möglichen Suche nach Problemen für das anschließende Debuggen. Es ist wichtig, die Verstärkung des PID-Reglers richtig einzustellen, was von den Parametern des verwendeten Motors abhängt.
Nach dem Einstellen des Reglers wird die Steuerung mit Strom versorgt und die Sensoren wechseln in den Standby-Zustand. Dann wird die Starttaste gedrückt und die Motoren laufen an. Durch Kippen des Segway steuert der Fahrer die Bewegung aufgrund der Arbeit des Ausgleichsalgorithmus.
Das folgende Video zeigt den Betrieb des zusammengebauten Luftkissenfahrzeugs: