Aquest article examinarà la creació d’un vehicle d’equilibri automàtic o simplement d’un Segway. Gairebé tots els materials per crear aquest dispositiu són fàcilment accessibles.
El dispositiu en si és una plataforma sobre la qual es troba el controlador. Inclinant la carrosseria, dos motors elèctrics són controlats mitjançant una cadena de circuits i microcontroladors responsables de l'equilibri.
Materials:
- Mòdul de control sense fils XBee.
microcontrolador Arduino
-bateries
Sensor InvenSense MPU-6050 al mòdul "GY-521",
-barres de fusta
-botó
dues rodes
etcètera, indicat a l’article i a les fotografies.
Primer pas: Determineu les característiques necessàries i dissenyeu el sistema.
En crear aquest dispositiu, l’autor va intentar encaixar en paràmetres com:
-passabilitat i potència necessària per a un moviment lliure fins i tot sobre grava
- bateries amb capacitat suficient per proporcionar almenys una hora de funcionament continu del dispositiu
-permetre la possibilitat de controlar sense fils, així com enregistrar dades sobre el funcionament del dispositiu en una targeta SD per identificar i solucionar problemes.
A més, és desitjable que el cost de la creació d’un dispositiu sigui inferior a la comanda d’un hoverboard original tot terreny.
Segons el diagrama següent, es pot veure el diagrama de circuits del vehicle que s’equilibra automàticament.
La imatge següent mostra el sistema de funcionament de la unitat de giroscopi.
L’elecció d’un microcontrolador per controlar sistemes Segway és diversa, l’autor del sistema Arduino és el més preferit per les seves categories de preus. Els controladors com Arduino Uno, Arduino Nano són adequats o podeu utilitzar ATmega 328 per utilitzar-los com a xip independent.
Per alimentar el circuit de control del motor de doble pont, és necessària una tensió d’alimentació de 24 V, aquest voltatge s’aconsegueix fàcilment connectant piles de cotxes de 12 V en sèrie.
El sistema està dissenyat de manera que l’alimentació es subministri als motors només mentre es prem el botó d’inici, de manera que per a una aturada ràpida només cal alliberar-lo. Al mateix temps, la plataforma Arduino ha de suportar la comunicació en sèrie tant amb el circuit de control dels ponts dels motors com amb el mòdul de control sense fils.
A causa del sensor InvenSense MPU-6050 del mòdul "GY-521", que processa l'acceleració i porta les funcions d'un giroscopi, es mesuren els paràmetres d'inclinació.El sensor estava situat en dues targetes d’expansió separades. El bus l2c comunica amb el microcontrolador Arduino. D'altra banda, el sensor d'inclinació amb l'adreça 0x68 es va programar de manera que s'enquadés cada 20 ms i es produís interrupció al microcontrolador Arduino. Un altre sensor té l’adreça 0x69 i es tira directament a l’Arduino.
Quan l’usuari entra a la plataforma del patinet, s’activa l’interruptor de límit de càrrega, que activa el mode algoritme per equilibrar Segway.
Pas segon: Creeu un casc del hoverboard i instal·leu els elements bàsics.
Després de determinar el concepte bàsic del sistema de funcionament de la moto scooter, l’autor va procedir al muntatge directe del seu cos i a la instal·lació de les peces principals. El material principal eren taules i barres de fusta. L’arbre pesa poc, cosa que afectarà positivament la durada de la càrrega de la bateria, a més, la fusta es processa fàcilment i és aïllant. A partir d’aquests taulers es va fer una caixa on s’instal·laran piles, motors i microcircuits. Així, es va obtenir una part de fusta en forma d’U, sobre la qual es munten rodes i motors mitjançant cargols.
La transmissió de la potència del motor a les rodes passarà per la transmissió d’engranatges. Quan es plantegen els components principals del cargol Segway, és molt important assegurar-se que el pes es distribueix uniformement quan el Segway es posa en posició vertical de treball. Per tant, si no teniu en compte la distribució del pes de les bateries pesades, serà difícil el treball d'equilibrar el dispositiu.
En aquest cas, l’autor va col·locar les bateries al darrere, de manera que compensi el pes del motor, que es troba situat al centre del dispositiu. Electrònica es van col·locar dispositius components entre el motor i les bateries. Per a les proves posteriors, també es va adjuntar un botó d’inici temporal al mànec Segway.
Tercer pas: El circuit elèctric.
Segons el diagrama anterior, es van implementar tots els cables de la carcassa de Segway. A més, d’acord amb la taula següent, totes les sortides del microcontrolador Arduino es van connectar al circuit de control del pont del motor, així com als sensors d’equilibri.
El següent diagrama mostra un sensor d'inclinació instal·lat horitzontalment, mentre que el sensor de control es va instal·lar verticalment al llarg de l'eix Y.
Pas quart: Prova i configura el dispositiu.
Després dels passos anteriors, l’autor va rebre el model Segway per fer proves.
Quan es realitzen proves, és important tenir en compte factors com la seguretat de la zona de prova, així com els equips de protecció en forma de blindatges de protecció i un casc per al conductor.
L’autor va decidir començar a provar Segway descarregant el codi al microcontrolador i comprovant la seva connexió amb circuits i sensors de control.
Programari:
El terminal Arduino és perfectament adequat per comprovar la capacitat de treball del codi, així com per a una possible cerca de problemes per a la seva posterior depuració. És important ajustar correctament el guany del controlador PID, que dependrà dels paràmetres del motor utilitzat.
Després d'ajustar el regulador, es subministra energia al controlador i els sensors entren a l'estat d'espera. A continuació, es prem el botó d’inici i els motors s’encenen. Inclinant Segway, el controlador controla el moviment a causa del treball de l'algoritme d'equilibrament.
El vídeo següent mostra el funcionament del dispositiu de navegació muntat: