Жироскутер: устройство, от какво се състои, схемата и дизайна на мини-сегвей. Направи си сам Segway Събиране на механични части

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 артикули има както механични части, така и електронни компоненти, както 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

1. Мотори, колела, скорости и батерии могат да бъдат взети назаем от китайски скутери и намирането на двигател не е никакъв проблем.
2. Голямата предавка, разположена на волана, се предава от малката предавка на двигателя.
3. Зъбното колело (12") има свободен ход - това изисква да се направят някои промени, за да работят въртящите се елементи в двете посоки.
4. Фиксирана ос, прикрепена с три алуминиеви блока (те могат да бъдат фиксирани с 5 мм винтове) формира основата на платформата.
5. 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.
6. Кормилото е прикрепено към 2,5 см празна стоманена тръба.
7. 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.
8. Воланът е оборудван със специален авариен бутон, свързан към релето - това ви позволява да намалите мощността на двигателя.
9. 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.

1. Печатната платка, която има изчислителна функция, събира информация от сензори - жироскоп, акселерометър, потенциометър и след това задава посоката на въртене.
2. Без процесора ATmtga168 скутерът няма да може да работи нормално. Връзката с компютъра се осъществява чрез Bluetooth и RN-41.
3. 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.
4. Цялата електроника се захранва от отделна батерия.
5. 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? Вдясно - инсталирайте софтуера (или софтуера). Ето необходимите стъпки за изпълнение на тази задача:

1. Софтуерът на микроконтролера включва филтър за акселерометъра и жироскопа и PD контролен контур.
2. Калман и комплементарни филтри ще свършат добре работата.
3. 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.

Сега все по-популярна е малка самоходна платформа с две колела, така нареченият Segway, който е изобретен от Дийн Камен. Забелязвайки трудностите на човек в инвалидна количка, когато се изкачва по тротоара, той видя възможност да създаде превозно средство, което да помогне на хората да се придвижват 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. V 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 се вземат предвид не само наклоните на водача, но и състоянието превозно средство, което му позволява винаги да остава в изправено стабилно положение. 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 мотора, изработени от сплав от неодим-желязо-бор, способни да развият 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.

Тази статия ще разгледа създаването на самобалансиращо превозно средство или просто Segway. Почти всички материали за създаване на това устройство са лесно достъпни.

Самото устройство е платформа, на която стои водачът. С накланяне на торса, две електрически двигателичрез верига от схеми и микроконтролери, отговорни за балансирането.

материали:

- XBee безжичен контролен модул.
- Микроконтролер Arduino
-батерии
- сензор InvenSense MPU-6050 на модула “GY-521”,
- дървени блокове
- бутон
- две колела
и други неща, посочени в статията и на снимките.

Първа стъпка: Определете необходимите характеристики и проектирайте системата.

При създаването на това устройство авторът се опита да го накара да се вмести в такива параметри като:
- флотация и мощност, необходими за свободно движение дори по чакъл
-батерии с достатъчен капацитет, за да осигурят поне един час непрекъсната работа на уреда
- осигуряват възможност за безжично управление, както и фиксиране на данни за работата на устройството на SD карта за отстраняване на неизправности и проблеми.

Освен това е желателно разходите за създаване на такова устройство да са по-малко от поръчката на оригиналния офроуд ховърборд.

Според диаграмата по-долу можете да видите електрическата схема на самобалансиращо се превозно средство.

Следното изображение показва задвижващата система на скутера.

Изборът на микроконтролер за управление на системите Segway е разнообразен, авторът Ардуино системанай-предпочитан поради своята ценови категории. Подходящи контролери като Arduino Uno, Arduino Nano или можете да вземете ATmega 328 за използване като отделен чип.

За захранване на верига за управление на двигателя с двоен мост е необходимо захранващо напрежение от 24 V, което лесно се постига чрез последователно свързване на 12 V автомобилни батерии.

Системата е проектирана така, че захранването на двигателите се подава само при натискане на бутона за стартиране, така че за бързо спиране просто го отпуснете. В този случай платформата Arduino трябва да поддържа серийна комуникация както с веригата за управление на моста на двигателите, така и с безжичния контролен модул.

Параметрите на наклона се измерват с помощта на сензора InvenSense MPU-6050 на модула “GY-521”, който обработва ускорението и изпълнява функциите на жироскоп. Сензорът беше разположен на две отделни разширителни платки. l2c шината комуникира с микроконтролера Arduino. Освен това сензорът за накланяне с адрес 0x68 е програмиран по такъв начин, че да анкетира на всеки 20 ms и да осигурява прекъсване на микроконтролера Arduino. Другият сензор има адрес 0x69 и се изтегля директно към Arduino.

Когато потребителят стои на платформата на скутера, се активира превключвателят за ограничаване на натоварването, който активира режима на алгоритъма за балансиране на Segway.

Стъпка втора: Създаване на тялото на ховърборда и инсталиране на основните елементи.

След определяне на основната концепция на схемата за работа на жироскопа, авторът пристъпва към директното сглобяване на тялото му и монтажа на основните части. Основният материал беше дървени дъскии барове. Дървото тежи малко, което ще повлияе положително на продължителността на заряда на батерията, освен това дървото се обработва лесно и е изолатор. От тези платки е направена кутия, в която ще бъдат монтирани батерии, двигатели и микросхеми. По този начин, U-образен дървен детайл, на които с помощта на болтове се закрепват колела и двигатели.

Предаването на мощността на двигателя към колелата ще се дължи на предавката. При полагане на основните компоненти в каросерията на Segway е много важно да се гарантира, че тежестта се разпределя равномерно при привеждане на Segway в работно изправено положение. Ето защо, ако не вземете предвид разпределението на теглото от тежки батерии, тогава работата по балансиране на устройството ще бъде трудна.

В случая авторът е поставил батериите отзад, така че да компенсира тежестта на двигателя, който се намира в центъра на устройството. Електронните компоненти на устройството бяха прибрани на място между двигателя и батериите. За по-късно тестване, временен бутон за стартиране също беше прикрепен към дръжката на Segway.

Стъпка трета: Схема на свързване.

Съгласно горната диаграма, всички проводници в кутията на Segway бяха проведени. Също така, в съответствие с таблицата по-долу, всички изходи на микроконтролера Arduino бяха свързани към веригата за управление на мостовия мотор, както и към сензорите за балансиране.

Следващата диаграма показва сензора за наклон, инсталиран хоризонтално, докато сензорът за управление е монтиран вертикално по оста Y.

Стъпка четвърта: Тестване и конфигуриране на устройството.

След извършване на предишните етапи авторът получи модел Segway за тестване.

При провеждане на тестване е важно да се вземат предвид такива фактори като безопасността на зоната за изпитване, както и защитно оборудване под формата на защитни щитове и каска за водача.

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 трим пот, въз основа на които може да определи в коя посока искате да завиете.

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 зареждането на батериите, 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:

ховърборд вътре

Основни детайли

От какво е направен жироскоп? Ако погледнете отстрани, жироскутерът е интересно устройство. Първият е работна платформа или дъска. Именно върху него човек става и, опитвайки се да запази равновесие, кара, кара или пада. Отстрани на платформата има две колела, именно те ни дават възможност да се возим и да се движим напред или назад.

Първо, нека се заемем с платформата. Работната платформа е разделена на две части, дясна и лява. Само десен и ляв крак. Това беше направено, за да може да се завива надясно или наляво, само с натискане на пръста на тези платформи.

Как е жироскутерът?

мини сегуей устройство

колела

Отстрани има две колела. Обикновено ховърбордите се предлагат в 4 вида и се различават по класа и размера на колелата. Първият клас ховърборд е детски ховърборд с 4,5 инча колела. Малък размерколела прави ховърборда много неудобен и непроходим в някои участъци от пътя.

Следващият клас е 6,5 инчовият ховърборд. Вече има по-голям диаметър на колелата, но всичко също е предназначено само за каране плоски повърхности. 8-инчовият жироскоп е златната среда сред всички жиробордове. Той има оптимален размерколела, които могат да се движат по почти всеки път.

А най-големият е всъдеходът от всички мини-сегвеи – 10-инчов ховърборд. Това е модел, който има интересна характеристика, освен големите колела, тези колела имат и камерна система. Тоест колелата са надуваеми, имат по-плавно возене и такива ховърбордове са по-устойчиви на износване от по-малките прототипи.

Кадър

Корпусът на всички ховърбордове е изработен от различни материали, но със същата характеристика. Навсякъде калъфът покрива колелата, предпазвайки от пръски, мръсотия, вода, сняг и прах. Жироскутерите с малки колела 4.5 и 6 обикновено са изработени от обикновена пластмаса. Тъй като тези модели са предназначени за шофиране по равен път и не развиват толкова висока скорост, инженерите решиха да не инсталират скъпа пластмаса и по този начин да увеличат цената на ховърборда.

За ховърборд с 8-инчови колела телата са направени от различни материали, както от обикновена пластмаса, така и от въглеродна, удароустойчива магнезиева пластмаса. Такава пластмаса е в състояние да издържи почти всяко физическо въздействие и удар. Въглеродът, например, също е лек материал, като по този начин намалява натоварването на електрическите двигатели и намалява скоростта на разреждане на батерията.

двигатели

След като махнете капака, от страните по-близо до колелото трябва да видите електрическия мотор. Електрическите двигатели се предлагат с различен капацитет. Средната стойност сред всички мини-сегвеи е 700 вата на двете колела. Или 350 вата на колело. Факт е, че електрическите двигатели на жироскутерите работят независимо един от друг. Едното колело може да се движи с една скорост, а другото с друга, или могат да се движат в различни посоки, едното назад, другото напред. По този начин тази система дава възможност за управление на жироскопа.

Става по-чувствителен към завои при висока скорост. Можете също да се обърнете на 360 градуса. Колкото по-висока е мощността на двигателя, толкова по-голям е носеният товар и по-висока е скоростта, но не винаги. Трябва да се разбере, че колкото по-голяма е масата на товара на платформата, толкова по-ниска е скоростта и толкова по-бързо се разрежда батерията. Следователно жироскутерите с мощни двигатели са по-скъпи.

Система за балансиране

Системата за балансиране се състои и включва доста компоненти. На първо място, това са два жироскопични сензора, които са разположени от дясната и от лявата страна на платформата. Ако премахнете капака на кутията, можете да видите две помощни платки, към тях са свързани жироскопичните сензори. Помощните платки помагат за обработката на информацията и изпращането й до процесора.

По-нататък от дясната страна можете да видите основната платка, там е разположен 32-битовият процесор и се извършва цялото управление и изчисление. Има и програма, която реагира на всяка промяна в платформата отдясно или отляво.

Ако платформата се наклони напред, тогава процесорът, след като е обработил информацията, изпраща сигнал до електрическите двигатели, които физически държат платката в равно положение. Но ако платформата се наклони повече с определен натиск, колелото веднага започва да се движи напред или назад.

Трябва да се помни, че във всички текущи ховърбордове трябва да има две помощни платки за жироскопични сензори и една основна платка, където се намира процесорът. При по-старите модели може да има и двубордова система, но от есента на 2015 г. е направена промяна на стандарта и вече всички ховърбордове, мини-сегуей се правят с 3 дъски.

В китайски фалшификати или нискокачествени ховърбордове може да има една дъска, основната. За съжаление, такъв мини-сегвей има лоши характеристики на управление. Може да вибрира или преобръща водача. И тогава цялата система може напълно да се провали.

Схемата на устройството за вътрешно управление на жироскопа не е толкова сложна, колкото изглежда. Цялата система е проектирана да реагира възможно най-бързо на всяко поведение на платформата. Изчислението се извършва за части от секундата и с невероятна точност.

Батерия

Захранващата система на ховърборда се захранва от две или повече батерии. В стандартните евтини модели обикновено се инсталира батерия с капацитет 4400 mAh. Батерията отговаря за работата на цялата система като цяло и осигуряването й с електричество, така че батерията трябва да бъде с високо качество и маркова. Обикновено се използват две марки батерии - това са Samsung и LG.

Батериите също се различават по клас. Има батерии с ниско ниво на класове 1C, 2C. Такива батерии обикновено се поставят на ховърбордове с колела 4,5 и 6,5 инча. Всичко по същата причина, защото тези ховърбордове са предназначени за равни пътища, плосък асфалт, мрамор или подове.

Жироскутерите с 8-инчови колела обикновено поставят батерии от средния клас тип 3C, това е по-надежден модел батерия. Няма да се изключи по време на внезапно спиране или при удар в бордюр или дупка.

10-инчовите модели с големи колела обикновено имат батерии от клас 5C. Този ховърборд е в състояние да се движи по почти всеки път, земя, локви, ями. Следователно батерията трябва да бъде по-надеждна.

Основният принцип на устройството на ховърборда се дължи на баланса. При голямо тегло на водача, скутерът на жироскопа се нуждае от повече електричество за извършване на маневри и движение.

Друго

Много ховърбордове също имат Bluetooth система и високоговорители. С него можете да слушате любимата си музика и да карате с приятели. Но тази система все още дава възможност да свържете вашия смартфон към ховърборда и да наблюдавате състоянието на вашия автомобил. Можете да следите средната скорост, да видите колко далеч сте изминали. Задайте максималната разрешена скорост и много повече.

Много модели също имат подсветка, тя осветява пътя ви в тъмното, а също така може да мига ярко в ритъма на музиката. Но трябва да запомните, че музиката и осветлението силно изтощават батерията. Много обикновено изключват подсветката, за да увеличат запаса на мощност.

Заключение

Скутерът е проектиран да бъде компактен и лек, но бърз, мощен и издръжлив. Основното нещо е да закупите ховърборд от доверени доставчици, които имат цялата необходима документация, за да не се налага да го разглобявате след неуспешно каране.