Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τη δημιουργία ενός αυτο-εξισορροπητικού οχήματος ή απλά ενός Segway. Σχεδόν όλα τα υλικά για τη δημιουργία αυτής της συσκευής είναι εύκολα προσβάσιμα.
Η ίδια η συσκευή είναι μια πλατφόρμα στην οποία βρίσκεται ο οδηγός. Με την κλίση του σώματος, δύο ηλεκτροκινητήρες ελέγχονται μέσω μιας αλυσίδας κυκλωμάτων και μικροελεγκτών που είναι υπεύθυνοι για την εξισορρόπηση.
Υλικά:
- Μονάδα ελέγχου ασύρματου XBee.
μικροελεγκτή Arduino
- μπαταρίες
Ο αισθητήρας InvenSense MPU-6050 στη μονάδα "GY-521"
- ξύλινες ράβδοι
-button
δύο τροχούς
και ούτω καθεξής, που αναφέρονται στο άρθρο και στις φωτογραφίες.
Βήμα πρώτο: Προσδιορίστε τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά και σχεδιάστε το σύστημα.
Κατά τη δημιουργία αυτής της συσκευής, ο συγγραφέας προσπάθησε να χωρέσει σε τέτοιες παραμέτρους όπως:
-περατότητα και ισχύς που απαιτείται για την ελεύθερη κίνηση ακόμη και σε χαλίκι
- μπαταρίες με επαρκή χωρητικότητα για να παρέχουν τουλάχιστον μία ώρα συνεχούς λειτουργίας της συσκευής
-για την παροχή της δυνατότητας ασύρματου ελέγχου, καθώς και την καταγραφή δεδομένων σχετικά με τη λειτουργία της συσκευής σε μια κάρτα SD για τον εντοπισμό και την αντιμετώπιση προβλημάτων.
Επιπλέον, είναι επιθυμητό το κόστος δημιουργίας μιας τέτοιας συσκευής να είναι μικρότερο από τη σειρά του αρχικού hoverboard εκτός δρόμου.
Σύμφωνα με το διάγραμμα που ακολουθεί, μπορείτε να δείτε το διάγραμμα κυκλώματος του οχήματος αυτόματης εξισορρόπησης.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει το σύστημα λειτουργίας της μονάδας γυροσκοπίου.
Η επιλογή ενός μικροελεγκτή για τον έλεγχο των συστημάτων Segway είναι διαφορετική, ο συγγραφέας του συστήματος Arduino προτιμάται περισσότερο λόγω των κατηγοριών τιμών του. Τέτοιοι ελεγκτές όπως Arduino Uno, Arduino Nano είναι κατάλληλοι ή μπορείτε να πάρετε το ATmega 328 για χρήση ως ξεχωριστό τσιπ.
Για την τροφοδοσία του κυκλώματος ελέγχου μοτέρ διπλής γέφυρας απαιτείται τάση τροφοδοσίας 24 V, αυτή η τάση επιτυγχάνεται εύκολα με τη σύνδεση σειριακών συσσωρευτών 12 V.
Το σύστημα έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να παρέχεται ισχύς στους κινητήρες μόνο όταν πιέζεται το κουμπί εκκίνησης, έτσι ώστε για γρήγορη διακοπή, απλά να το απελευθερώσετε. Ταυτόχρονα, η πλατφόρμα Arduino πρέπει να υποστηρίζει σειριακή επικοινωνία τόσο με το κύκλωμα ελέγχου γέφυρας των κινητήρων όσο και με την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ασύρματης επικοινωνίας.
Λόγω του αισθητήρα InvenSense MPU-6050 στη μονάδα "GY-521", η οποία επεξεργάζεται την επιτάχυνση και φέρει τις λειτουργίες ενός γυροσκοπίου, μετριούνται οι παράμετροι κλίσης.Ο αισθητήρας τοποθετήθηκε σε δύο ξεχωριστές κάρτες επέκτασης. Ο δίαυλος l2c επικοινωνεί με τον μικροελεγκτή Arduino. Επιπλέον, ο αισθητήρας κλίσης με τη διεύθυνση 0x68 είχε προγραμματιστεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε να πραγματοποιεί δημοσκόπηση κάθε 20 ms και να παρέχει διακοπή στον μικροελεγκτή Arduino. Ένας άλλος αισθητήρας έχει τη διεύθυνση 0x69 και τραβιέται κατευθείαν στο Arduino.
Όταν ο χρήστης εισέλθει στην πλατφόρμα του σκούτερ, ενεργοποιείται ο διακόπτης ορίου φορτίου, ο οποίος ενεργοποιεί τη λειτουργία αλγορίθμου για την εξισορρόπηση του Segway.
Βήμα δεύτερο: Δημιουργήστε ένα σώμα scooter σκάφους και εγκαταστήστε τα βασικά στοιχεία
Μετά τον προσδιορισμό της βασικής έννοιας του σχεδίου λειτουργίας γυροσκοπικών σκούτερ, ο συγγραφέας προχώρησε στην άμεση συναρμολόγηση του σώματος και την εγκατάσταση των κύριων τμημάτων. Το κύριο υλικό ήταν ξύλινες σανίδες και ράβδοι. Το δέντρο ζυγίζει λίγο, το οποίο θα επηρεάσει θετικά τη διάρκεια της φόρτισης της μπαταρίας, επιπλέον, το ξύλο είναι εύκολα επεξεργασμένο και είναι μονωτικό. Από αυτούς τους πίνακες, κατασκευάστηκε ένα κουτί στο οποίο θα τοποθετηθούν μπαταρίες, κινητήρες και μικροκυκλώματα. Έτσι, αποκτήθηκε ξύλινο εξάρτημα σχήματος U, πάνω στο οποίο οι τροχοί και οι κινητήρες τοποθετούνται με βίδες.
Η μετάδοση της ισχύος του κινητήρα στους τροχούς θα περάσει από το κιβώτιο ταχυτήτων. Κατά την τοποθέτηση των κύριων εξαρτημάτων στο περίβλημα Segway, είναι πολύ σημαντικό να διασφαλιστεί ότι το βάρος κατανέμεται ομοιόμορφα όταν η Segway μεταφερθεί σε κατακόρυφη θέση λειτουργίας. Επομένως, αν δεν λάβετε υπόψη την κατανομή του βάρους από τις βαριές μπαταρίες, τότε η εργασία εξισορρόπησης της συσκευής θα είναι δύσκολη.
Σε αυτή την περίπτωση, ο συντάκτης τοποθετούσε τις μπαταρίες στο πίσω μέρος, έτσι ώστε να αντισταθμίζει το βάρος του κινητήρα, που βρίσκεται στο κέντρο της συσκευής. Ηλεκτρονικά οι συσκευές συνιστώσας τοποθετήθηκαν μεταξύ του κινητήρα και των μπαταριών. Για τις επόμενες δοκιμές, συνδέθηκε επίσης ένα προσωρινό κουμπί έναρξης στη χειρολαβή Segway.
Βήμα τρίτο: Το ηλεκτρικό κύκλωμα.
Σύμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα, υλοποιήθηκαν όλα τα καλώδια της κατοικίας Segway. Επίσης, σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα, όλες οι έξοδοι του μικροελεγκτή Arduino συνδέθηκαν στο κύκλωμα ελέγχου γέφυρας του κινητήρα, καθώς και στους αισθητήρες εξισορρόπησης.
Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει έναν αισθητήρα κλίσης τοποθετημένο οριζόντια, ενώ ο αισθητήρας ελέγχου τοποθετήθηκε κατακόρυφα κατά μήκος του άξονα Υ.
Βήμα τέσσερα: Δοκιμή και διαμόρφωση της συσκευής.
Μετά τα προηγούμενα βήματα, ο συντάκτης έλαβε το μοντέλο Segway για δοκιμή.
Κατά τη διεξαγωγή των δοκιμών, είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως η ασφάλεια της περιοχής δοκιμής, καθώς και ο προστατευτικός εξοπλισμός με τη μορφή προστατευτικών ασπίδων και κράνος για τον οδηγό.
Ο συγγραφέας αποφάσισε να ξεκινήσει τη δοκιμή του Segway κατεβάζοντας τον κώδικα στον μικροελεγκτή και ελέγχοντας τη σύνδεση του με κυκλώματα ελέγχου και αισθητήρες.
Λογισμικό:
Το Arduino Terminal είναι ιδανικό για τον έλεγχο της ικανότητας εργασίας του κώδικα, καθώς και για πιθανή αναζήτηση προβλημάτων για την επακόλουθη αποσφαλμάτωση του κώδικα. Είναι σημαντικό να ρυθμίσετε σωστά το κέρδος του ελεγκτή PID, το οποίο θα εξαρτηθεί από τις παραμέτρους του χρησιμοποιούμενου κινητήρα.
Μετά τη ρύθμιση του ρυθμιστή, παρέχεται τροφοδοσία στον ελεγκτή και οι αισθητήρες εισέρχονται στην κατάσταση αναμονής. Στη συνέχεια πιέζεται το κουμπί εκκίνησης και ενεργοποιούνται οι κινητήρες. Με την κλίση του Segway, ο οδηγός ελέγχει την κίνηση λόγω της εργασίας του αλγόριθμου εξισορρόπησης.
Το παρακάτω βίντεο δείχνει τη λειτουργία της συναρμολογημένης συσκευής αιωρήματος: