Домашни чертежи на сегуей. Жироскутер: устройство, от какво се състои, схемата и дизайна на мини-сегвей. Електронно пълнене на Segway

Наистина ли е възможно сами да направите такова сложно устройство като Segway? Оказва се, че можете. Ако приложите достатъчно старание и използвате специални знания. Какво направи млад инженер на име Петър Форсберг, който завърши Шведски технологичен университет Чалмърс със степен по автоматизация и мехатроника.

Освен знания и умения трябваше да му трябват още много пари, казвате. Да, пари бяха необходими, но не много, около 300 евро, за закупуване на определен комплект части и оборудване. Резултатът от неговите усилия е в това видео:

механика

Двигатели, колела, вериги, зъбни колела и батерии са взети от два евтини китайски електрически скутера. Двигателите ви позволяват да осигурите 24V, 300W, 2750 rpm.

Предаването се осъществява от малката предавка на двигателя към голямата предавка на волана. Съотношението е приблизително 6:1, такова високо съотношение е за предпочитане, за да се получи по-добър въртящ момент и намален максимална скорост. Трансмисията на 12-инчовото колело се базираше на механизъм за свободен ход, така че трябваше да се направят необходимите модификации, за да се позволи на колелото да се задвижва и в двете посоки.

Основата на платформата е фиксирана ос, върху която трябва да се въртят и двете колела. Оста е монтирана с три алуминиеви блока, които се фиксират с 5 мм винтове.

За да можете да завивате при шофиране на Segway чрез накланяне на кормилната колона наляво и надясно, е направен чертеж задължителна частв програмата SolidWorks, след което е направен на CNC машина. Машинната програма е написана с помощта на CAMBAM. Същият метод беше използван за производството на кутията за електроника и сглобяването на блока за аварийна спирачка.

Воланът на бъдещия Segway е конвенционално кормило за велосипед, чиято тръба е прикрепена към 25 мм стоманена куха тръба. За да поддържате кормилната колона центрирана и да създавате известна сила обратна връзкаучастваха две стоманени пружини. На волана има и авариен бутон, който е свързан със стандартно реле от автомобила и може да намали мощността на двигателя.

За захранване се използват две оловни батерии 12V 12Ah, които се използват за 24V двигатели.

електроника

Всичко печатни платкиса направени специално за тази разработка. Основната платка се грижи за изчисленията, събира данни от сензори като жироскоп (ADXRS614), акселерометър (ADXL203) и тример, на базата на които може да определи в коя посока искате да завъртите.

Основен процесор AVR ATmega168. Връзката с лаптоп се осъществява чрез Bluetooth с помощта на RN-41. Два H-моста преобразуват управляващите сигнали от основната платка в сила за двигателите. Всеки H-мост има ATmega168, комуникацията между платките е чрез UART. Цялата електроника работи на отделна батерия (LiPo 7.4V 900mAh).

За да има лесен достъп до зареждащите батерии, за програмиране на основната платка, промяна на параметрите на контролния контур, е направена малка кутия с необходимите конектори, електронен ключ за захранване и тримерен потенциометър от горната страна.

софтуер

Софтуерът на микроконтролера се състои главно от филтър за жироскопа и акселерометъра и PD контролен контур. За теста бяха взети два филтъра: Kalman и Complementatry. Оказа се, че тяхната производителност е много сходна, но филтърът Compplemenatry изисква по-малко изчисления, така че е избран да се използва. Java приложенията също са написани така, че да можете да видите всички стойности на сензорите и контролните сигнали, състоянието на батерията и т.н.

Техническата страна на създаването на Segway със собствените си ръце в това видео:

Ако смятате, че ховърборд или мини-сегвей не могат да бъдат направени у дома със собствените си ръце и сила, значи грешите. Колкото и да е странно, в интернет има много видеоклипове, където много майстори правят свой собствен ховърборд. За някои се оказва много домашно приготвен, но има и такива, които успяха наистина да се доближат до самата технология на създаване и да възпроизведат наистина интересно и висококачествено нещо. Така че възможно ли е да направите скутер на жироскоп със собствените си ръце? Адриан Кундерт, инженер и просто добър човек, ще ни разкаже за това.

Какво е жироскоп скутер?

Как да си направим скутер жироскоп със собствените си ръце? За да разберете как да направите домашен ховърборд, първо трябва да разберете какво е ховърборд, от какво се състои и какво е необходимо, за да създадете това интересно превозно средство. Жироскутерът е самобалансирано превозно средство, чийто принцип на действие се основава на система от жироскопични сензори и домашна технологияподдържане на баланса на работната платформа. Тоест, когато включим жироскопа, се включва и системата за балансиране. Когато човек се качи на жироскопа, позицията на платформата започва да се променя, тази информация се чете само от жироскопични сензори.

Тези сензори отчитат всяка промяна в позицията спрямо земна повърхностили точката, от която идва гравитационното влияние. След прочитане информацията се подава към спомагателните табла, които са разположени от двете страни на платформата. Тъй като сензорите и самите електродвигатели работят независимо един от друг, в бъдеще ще ни трябват два електромотора. От помощните платки обработената информация вече отива към дънната платка с микропроцесор. Там програмата за поддържане на баланса вече се изпълнява с необходимата точност.

Тоест, ако платформата се наклони напред с около няколко градуса, тогава двигателите получават сигнал да се движат в обратна посока и платформата се изравнява. Също така се накланя на другата страна. Ако ховърбордът се наклони в по-голяма степен, програмата веднага разбира, че има команда за придвижване напред или назад към електрическите двигатели. Ако ховърбордът се наклони повече от 45 градуса, тогава двигателите и самият ховърборд се изключват.

Жироскутерът се състои от корпус, стоманена или метална основа, върху която ще бъде закрепена цялата електроника. Следват два електромотора с мощност, която да може да кара под тежестта на човек до 80-90 кг. Следва дънна платкас процесор и две спомагателни платки, на които са разположени жироскопичните сензори. И разбира се батерията и две колела със същия диаметър. Как да си направим скутер от жироскоп За да разрешим този проблем, трябва да получим определени подробности за дизайна на самия жироборд.

Какво ни трябва?

Как да си направим скутер жироскоп със собствените си ръце? Първото и основно нещо, от което се нуждаете, са две електрически мотор, със силата да понася теглото на възрастен. Средната мощност на фабричните модели е 350 вата, така че ще се опитаме да намерим двигатели с тази мощност.

След това, разбира се, трябва да намерите две еднакви колела, около 10-12 инча. Повече е по-добре, тъй като ще имаме много електроника. Така че проходимостта да е по-висока и разстоянието между платформата и земята да е на правилното ниво.

Две батерии, оловно-киселинни, трябва да изберете номинален капацитет от най-малко 4400 mAh, а за предпочитане повече. Тъй като ние няма метална конструкция, но ще тежи повече от оригиналния мини сегуей или скутер.

Производство и процес

Как да си направим скутер от жироскоп, мощен и така, че да държи баланса си при шофиране? Първо трябва да изградите план за какъв тип превозно средство се нуждаем. Трябва да направим доста мощно превозно средство с големи колела и висока проходимост по различни пътища. Минимална стойностнепрекъснатото шофиране трябва да бъде 1-1,5 часа. Ще похарчим около 500 евро. Нека поставим безжична система за управление на нашия жироскоп скутер. Нека поставим четеца на неизправности и грешки, цялата информация ще отиде на SD картата.

Схема на ховърборда

На диаграмата по-горе можете ясно да видите всичко: електрически двигатели, батерии и т.н. Първо трябва да изберете точно микроконтролера, който ще управлява. От всички микроконтролери Arduino на пазара ще изберем UnoNano, а ATmega 328 ще действа като допълнителен чип за обработка на информация.

Но как да направим ховърборд безопасен? Ще имаме две батерии, свързани последователно, така че ще получим желаното напрежение. За електрически двигатели просто се нуждаете от двойна мостова верига. Ще бъде инсталиран бутон за готовност, с натискане на който ще се подава мощност към двигателите. Когато се натисне този бутон, двигателите и самият ховърборд ще се изключат. Това е необходимо за безопасното шофиране на самия водач и нашето превозно средство.

Микроконтролерът Arduino ще бъде на около 38400 бод, използвайки серийна комуникация с веригата XBee. Ще използваме два жироскоп сензора InvenSense MPU 6050, базирани на модули GY-521. Те от своя страна ще четат информация за позицията на платформата. Тези сензори са достатъчно точни, за да направят мини Segway. Тези сензори ще бъдат разположени на две допълнителни платки за аксесоари, които ще извършват основната обработка.

Ще използваме I2C шината, тя е достатъчна пропускателна способностза бърза комуникация с микроконтролера Arduino. Жиросензорът с адрес 0x68 има честота на опресняване от 15 ms. Вторият адресен сензор 0x68 работи директно от микроконтролера. Имаме и превключвател за натоварване, той поставя ховърборда в режим на задържане на баланс, когато платформата е в равно положение. В този режим ховърбордът остава на място.

Три дървени детайли, на който ще бъдат разположени нашите колела и електродвигатели. Кормилната колона, изработена от обикновена дървена пръчка, ще бъде прикрепена към предната част на самия скутер. Тук можете да вземете всяка пръчка, дори дръжка от моп. Необходимо е да се вземе предвид фактът, че акумулаторите и другите вериги ще създават натиск върху платформата и по този начин балансирането ще бъде леко преконфигурирано, точно в частта, където ще има по-голям натиск.

Двигателите трябва да бъдат разпределени равномерно отдясно и отляво отстрани на платформата, а акумулаторът колкото е възможно повече в средата в специална кутия. Закрепваме кормилната колона към обичайните финтове и прикрепяме бутона за готовност към горната част на пръчката. Тоест, ако нещо се обърка и бутонът бъде натиснат, ховърбордът ще се изключи. В бъдеще този бутон може да се преобразува в част за крака или да се приспособи към определен наклон на самата платформа, но засега няма да правим това.

Вътрешната верига и запояването на всички проводници са направени по същата схема. След това трябва да свържете два жироскопични сензора към нашия микроконтролер, като използвате мостова верига с двигател, съгласно тази таблица.

Сензорите за баланс трябва да бъдат монтирани успоредно на земята или по протежение на самата платформа, докато сензорите за десния и левия завой трябва да бъдат монтирани перпендикулярно на сензорите за жироскоп.

Настройка на сензора

След това конфигурираме микроконтролера, изтегляме изходния код. След това трябва да проверите правилната връзка между сензорите за жироскоп и сензорите за въртене. Използвайте програмата Arduino Terminal, за да програмирате и конфигурирате ховърборда. Не забравяйте да настроите PID балансовия контролер. Факт е, че можете да изберете двигатели с различна мощност и характеристики, настройката ще бъде различна за тях.

Има няколко опции в тази програма. Първият най-важен параметър е параметърът Kp, той е отговорен за балансирането. Първо, увеличете този индикатор, за да направите ховърборда нестабилен, а след това намалете индикатора до желания параметър.

Следващият параметър е параметърът Ki, той е отговорен за ускорението на ховърборда. Тъй като ъгълът на наклона намалява, скоростта намалява или се увеличава с обратното действие. и последният параметър е параметърът Kd, той връща самата платформа в равно положение и поставя двигателите в режим на задържане. В този режим скутерът просто стои неподвижно.

След това включвате бутона за захранване на микроконтролера Arduino и ховърбордът преминава в режим на готовност. След като застанете на самия жироборд, заставате с краката си върху бутона за натискане, така че скутерът на жироскопа преминава в режим "на място". Сензорите за баланс се включват и когато ъгълът на наклона се промени, скутерът се движи напред или назад. В случай на повреди можете лесно да поправите ховърборда със собствените си ръце.

Сега все по-популярна е малка самоходна платформа с две колела, така нареченият Segway, който е изобретен от Дийн Камен. Забелязвайки трудностите, които човек в инвалидна количка трябва да се изкачи по тротоара, той видя възможност да създаде превозно средствокоето може да помогне на хората да се движат без специални усилия. Камен реализира идеята си за създаване на самобалансираща се платформа. Първият модел беше тестван през 2001 г. и беше превозно средство с бутони на дръжката. Той е предназначен за хора с увреждания и им позволява да се движат самостоятелно дори по неравен терен. Нов моделстана известен като "Segway RT" и вече беше разрешен да управлява чрез накланяне на лоста наляво или надясно. През 2004 г. започва да се продава в Европа и Азия. Цената на най-модерния модерни модели, например Segway PTi2 - около $5000. IN НапоследъкКитайски и японски компании създават устройства с различни модификации и иновативен дизайн. Някои дори правят подобни превозни средства само с едно колело, но нека разгледаме класическия Segway.

Segway се състои от платформа и две колела, разположени напречно, задвижвани от два електромотора. Самата система е стабилизирана от сложна електронна схема, която управлява двигателите, като взема предвид не само наклона на водача, но и състоянието на автомобила, което му позволява винаги да остане изправен и стабилен. Водачът, стоящ на платформата, контролира скоростта просто като движи дръжката напред или назад, докато се накланя надясно или наляво - завийте. Контролната платка следи сигнали от подходящи сензори за движение и ориентация (подобни на тези, които позволяват на смартфоните да променят ориентацията на екрана), за да помогне на вградения микропроцесор да ориентира точно платформата. Основната тайна segway не е толкова в електромеханичната част, колкото в кода, който отчита физиката на движението със значителна математическа прецизност при обработката на данни и прогнозирането на поведението.

Segway е оборудван с два безчеткови електрически двигателя, изработени от сплав от неодим-желязо-бор, способни да развиват мощност до 2 kW, благодарение на литиево-полимерна батерия.

Подробности за Segway

За да създадете Segway, имате нужда от две скоростни мотора с колела, батерия, електронна схема, платформа и волан.

Мощността на двигателя на евтините модели е приблизително 250W, което осигурява скорост до 15 km / h, при относително ниска консумация на ток. Те не могат да въртят колелата директно, тъй като големият брой обороти на тези двигатели не позволява да се получи необходимото сцепление. Подобно на това, което се случва, когато използвате предавките на вашия велосипед: като увеличите предавателното отношение, ще загубите скорост, но ще увеличите усилието, приложено към педала.

Платформата е разположена под оста на двигателите. Батерията, чието тегло е доста висока, също е поставена под таблото в симетрично положение, което гарантира, че дори и без шофьор на борда, Segway остава в изправено положение. Освен това вътрешната механична стабилност ще помогне на електронния стабилизиращ блок, който е напълно активен, когато водачът присъства. Присъствието на човек на платформата повдига центъра на тежестта над оста на колелото, което прави системата нестабилна - това вече ще компенсира електронната платка.

По принцип можете да направите такова нещо сами, като закупите необходимия електронен блок на китайския уебсайт (те са в продажба). Всички части са монтирани с винтове и гайки (не с винтове). Специално вниманиетрябва да се осигури подходящо напрежение на веригата. Батериите са закрепени с U-образни скоби с малки гумени втулки, за да се осигури правилно налягане. Препоръчително е да поставите двустранно тиксо между батерията и платформата, за да няма приплъзване. Контролният панел трябва да се постави между две батерии и да се закрепи със специални дистанционни елементи.

Може да има или да няма лост за управление - в края на краищата моделите на segway без него (minisegway) вече са популярни. Като цяло нещото е интересно и не е много скъпо, защото според информация от приятели покупната цена на едро в Китай е само 100 долара.

Възможно ли е да направите сегуей със собствените си ръце? Колко е трудно и какви подробности ще са необходими за това? дали ще стане домашен апаратизпълняват всички същите функции като фабричните? Куп подобни въпроси възникват в главата на човек, който решава да строи със собствените си ръце. Отговорът на първия въпрос ще бъде прост и ясен: да направите сами „електрически скутер“ е по силите на всеки човек, който е поне малко запознат с електрониката, физиката и механиката. Освен това устройството ще работи не по-лошо от това, произведено на фабрична машина.

Как да направите сегуей със собствените си ръце?

Ако погледнете отблизо жироскопа, можете да видите доста проста структура в него: това е просто скутер, оборудван със система автоматично балансиране. От двете страни на платформата има 2 колела. За да се извърши ефективно балансиране, дизайните на Segway са оборудвани със система за стабилизиране на индикатора. Импулсите, идващи от сензорите за наклон, се транспортират до микропроцесори, които от своя страна произвеждат електрически сигнали. В резултат на това скутерът се движи в дадена посока.

За да направите Segway със собствените си ръце, ще ви трябват следните елементи:

2 колела;
2 мотора;
волан;
алуминиеви блокове;
носеща стоманена или алуминиева тръба;
2 оловно-киселинни батерии;
алуминиева плоча;
резистори;
аварийна спирачка;
стоманена ос 1,2 см;
печатна електронна платка;
кондензатори;
Lipo батерия;
драйвери за порти;
LED индикатори;
3 x ATmtga168;
волтажен регулатор;
ADXRS614;
8 Mosfets;
две пружини;
и ADXL203.

Сред изброените имена са механични частии електронни компоненти и друго оборудване.

Ред за сглобяване на Segway

Сглобяването на Segway със собствените си ръце не е толкова трудно, колкото изглежда на пръв поглед. С всички необходими компоненти процесът отнема много малко време.

Колекция от механични части

Мотори, колела, скорости и батерии могат да бъдат взети назаем от китайски скутери и намирането на двигател не е никакъв проблем.
Голямата предавка, разположена на волана, се предава от малката предавка на двигателя.
Зъбното колело (12") има свободен ход - това изисква да се направят някои промени, за да работят въртящите се елементи в двете посоки.
Фиксирана ос, прикрепена с три алуминиеви блока (те могат да бъдат фиксирани с 5 мм винтове), формира основата на платформата.
С помощта на програмата SolidWorks трябва да направите чертеж на част, която ще позволи на ховърборда да се обръща настрани, докато накланя торса. След това детайлът трябва да бъде обработен на CNC машина. Машината е използвала програмата CAMBAM, която е използвана и при производството на кутията за блока за аварийна спирачка.
Кормилото е прикрепено към 2,5 см празна стоманена тръба.
За да сте сигурни, че кормилната колона винаги е разположена в центъра, както и обратната тяга е по-интензивна, можете да използвате чифт стоманени пружини.
Воланът е оборудван със специален авариен бутон, свързан към релето - това ви позволява да намалите мощността на двигателя.
Източници на захранване на двигателя - 24 V батерии.

Колекция от електронни части

За да сглобите Segway със собствените си ръце, не е достатъчно само да закрепите механичните части. Електронно управлениене по-малко важен в ховърборда, защото е доста важен компонент на уреда.

Печатната платка, която има изчислителна функция, събира информация от сензори - жироскоп, акселерометър, потенциометър и след това задава посоката на въртене.
Без процесора ATmtga168 скутерът няма да може да работи нормално. Връзката с компютъра се осъществява чрез Bluetooth и RN-41.
С помощта на два Н-моста управляващите импулси от основната платка се преобразуват в силата на двигателите. Всеки мост е оборудван с ATmtga168, платките комуникират помежду си чрез UART.
Цялата електроника се захранва от отделна батерия.
За да стигнете бързо до батериите, както и да програмирате основната платка и да промените параметрите на контролните контури, трябва да направите малка кутия с конектори, да оборудвате кутията й с тримерен потенциометър отгоре и също така да осигурите електроника превключвател на захранването.

Segway софтуер

Как да направите сегуей със собствените си ръце, така че със сигурност да работи? Вярно - инсталирайте софтуер(или софтуер). Ето необходимите стъпки за изпълнение на тази задача:

Софтуерът на микроконтролера включва филтър за акселерометъра и жироскопа и PD контролен контур.
Калман и комплементарни филтри ще свършат добре работата.
Пишете приложения, използвайки езика Java програмиране- това ще ви позволи да видите степента на зареждане на батерията, всички показания на сензора и контролните параметри.

Това, може би, е всичко, което се изисква от човек, който реши сам да направи Segway. Разбирането на предмета и процеса, както и необходимите компоненти, ще ви позволи да изградите отличен ховърборд у дома.

Здравейте всички мозъци! В моя нов мозъчен проект ще създам самобалансиращо се превозно средство или „Сегуей“ със собствените си ръце. За този проект имате нужда основни знанияв електрониката и възможността за ръчна работа. Всички механични компоненти могат да бъдат закупени онлайн или във вашия местен магазин.

SEGWAY се състои от платформа, на която стоят във вертикално положение, и два странични електрически мотора, задвижвани от батерии. Алгоритъмът на контролера осигурява стабилна позиция. Движението на Segway се контролира от водача чрез накланяне на торса му и дръжка за избор на посоката на движение наляво/надясно. Следователно ще ви трябват допълнителни компоненти като контролер, драйвер на двигателя и сензор за ускорение/жироскоп. Механичната конструкция е изработена от дърво, тъй като е лека, електрически изолирана и лесна за обработка. Сега нека започнем да правим Segway!

Стъпка 1: Основни характеристики на проекта

В този проект се изисква да се произведе устройство със следните характеристики:

— Достатъчна мощност и стабилност за шофиране по улицата и дори по чакълест път;
- 1 час непрекъсната работа
– Обща цена до 500 евро евро
- Възможност за безжично управление
- Запишете данни на SD карта, за да откриете повреди

Стъпка 2: Проектиране на системата

Сензорът за наклон е монтиран хоризонтално по оста x и вертикално по оста y.

Стъпка 5: Тестване и настройка

Моля, имайте предвид, че двигателите трябва да имат достатъчна мощност. Проверете устройството на широка и безопасна зона, за да избегнете нараняване или повреда. Препоръчително е да се носят защитни щитове и каска.

Завършен стъпка по стъпка процедура. Започнете с програмиране на микроконтролера Arduino (изтегляне), след това проверете комуникацията със сензорите и контролния мост.

Терминалът Arduino може да се използва за отстраняване на грешки в код и тестване на функционалност. Например, усилването на PID контролера трябва да бъде настроено, защото зависи от механичните и електрическите параметри на двигателя.

Усилването се регулира по следната процедура:
1. Параметърът Kp е за балансиране. Увеличете Kp, докато балансът стане нестабилен, Ki и Kp остават 0. Намалете леко Kp, за да получите стабилно състояние.
2. Параметърът Ki е за ускорение/забавяне при накланяне. Увеличете Ki, за да получите правилно ускорение, за да избегнете падане при навеждане напред, Kp остава на 0. Балансът вече трябва да е стабилен.
3. Параметърът Kd се използва за компенсиране на включване и връщане в стабилно положение.

В програмата Terminal можете да изпълнявате различни команди "?".
? - Помощ при избора на екип
p,i,d [цяло число] — Задаване/получаване на усилване на PID, стойност от 0 до 255
r [цело число] – принудително увеличаване на скоростта на двигателя, стойност от -127 до 127
v - версия на софтуера
С командата "p" получавате достъп до параметъра Kp. Командата "p 10" ви позволява да зададете Kp на стойност 10.

След подаване на захранване към Arduino, сензорите се инициализират и влизат в състояние на готовност. При натискане на бутона се предава управляващ сигнал към контролера SEGWAY, който е във вертикално положение, който е готов да активира двигателите да се движат напред или назад, в зависимост от първоначалната позиция. От този момент нататък бутонът трябва да се държи натиснат постоянно, в противен случай двигателите ще се изключат и контролерът ще премине в състояние на готовност. След достигане на вертикално положение, контролерът изчаква сигнала на превключвателя за ограничаване на натоварването „Шофьор на място“, който обикновено се натиска с крака, когато водачът е на платформата. След това стартира алгоритъмът за балансиране и двигателите се активират напред или назад, за да останат в изправено положение. Навеждането напред създава транслационно движение напред и обратно. Да бъдеш в наклонена позиция води до ускоряване на движението. Накланянето в обратна посока води до по-бавна скорост. Използвайте дръжката, за да се движите наляво и надясно.

Стъпка 6: Демо

Гледайте видеото на готовото устройство по-долу и ви благодаря за вниманието!