Šajā rakstā tiks apskatīta pašbalansējoša transportlīdzekļa vai vienkārši Segway izveide. Gandrīz visi materiāli šīs ierīces izveidošanai ir viegli pieejami.
Pati ierīce ir platforma, uz kuras stāv vadītājs. Noliecot ķermeni, divi elektromotori tiek vadīti caur ķēžu ķēdi un mikrokontrolleru, kas atbild par līdzsvarošanu.
Materiāli:
- Bezvadu XBee vadības modulis.
mikrokontrolieris Arduino
- baterijas
InvenSense MPU-6050 sensors modulī “GY-521”,
-koka stieņi
-poga
divi riteņi
utt., kas norādīti rakstā un fotogrāfijās.
Pirmais solis: nosakiet nepieciešamās īpašības un noformējiet sistēmu.
Izveidojot šo ierīci, autors centās iekļauties tādos parametros kā:
- caurlaidība un jauda, kas nepieciešama brīvai kustībai pat uz grants
- baterijas ar pietiekamu ietilpību, lai nodrošinātu vismaz vienu stundu nepārtrauktu ierīces darbību
-nodrošināt bezvadu vadības iespēju, kā arī datu ierakstīšanu par ierīces darbību SD kartē, lai identificētu un novērstu traucējumus.
Turklāt ir vēlams, lai šādas ierīces radīšanas izmaksas būtu mazākas nekā oriģināla bezceļa lidmašīnas kuģa pasūtīšana.
Saskaņā ar zemāk redzamo diagrammu var redzēt pašbalansējošā transportlīdzekļa shēmu.
Šis attēls parāda žiroskopa piedziņas operētājsistēmu.
Mikrokontrollera izvēle Segway sistēmu kontrolei ir daudzveidīga, Arduino sistēmas autors ir visizdevīgākais cenu kategoriju dēļ. Darīs tādi kontrolieri kā Arduino Uno, Arduino Nano, vai arī jūs varat paņemt ATmega 328 kā atsevišķu mikroshēmu.
Lai darbinātu divu tiltu motora vadības ķēdi, ir nepieciešams 24 V barošanas spriegums. Šis spriegums ir viegli sasniedzams, virknei pievienojot 12 V automašīnu akumulatorus.
Sistēma ir izstrādāta tā, ka dzinējiem enerģija tiek piegādāta tikai tad, kad tiek nospiesta palaišanas poga, tāpēc, lai ātri apstātos, vienkārši atlaidiet to. Tajā pašā laikā Arduino platformai ir jāatbalsta seriālā komunikācija gan ar motoru tilta vadības ķēdi, gan ar bezvadu vadības moduli.
Sakarā ar InvenSense MPU-6050 sensoru uz moduļa “GY-521”, kurš apstrādā paātrinājumu un veic žiroskopa funkcijas, tiek mērīti slīpuma parametri.Sensors atradās uz divām atsevišķām paplašināšanas kartēm. L2c autobuss sazinās ar Arduino mikrokontrolleri. Turklāt slīpuma sensors ar adresi 0x68 tika ieprogrammēts tā, lai veiktu aptaujāšanu ik pēc 20 ms un nodrošinātu pārtraukumu Arduino mikrokontrolleram. Cita sensora adrese ir 0x69, un tas tiek vilkts tieši uz Arduino.
Kad lietotājs nonāk motorollera platformā, tiek aktivizēts slodzes ierobežošanas slēdzis, kas aktivizē algoritma režīmu Segway balansēšanai.
Otrais solis: izveidojiet lidmašīnas paneļa korpusu un uzstādiet pamata elementus.
Pēc žiroskūtera darbības shēmas pamatkoncepcijas noteikšanas autore veica tiešu sava korpusa montāžu un galveno daļu uzstādīšanu. Galvenais materiāls bija koka dēļi un stieņi. Koks sver maz, kas pozitīvi ietekmēs akumulatora uzlādes ilgumu, turklāt koks ir viegli apstrādājams un ir izolators. No šiem dēļiem tika izgatavots kārba, kurā tiks uzstādītas baterijas, motori un mikroshēmas. Tādējādi tika iegūta U veida koka detaļa, uz kuras riteņi un dzinēji tiek piestiprināti, izmantojot bultskrūves.
Motora jaudas pārvade uz riteņiem notiks ar pārnesumkārbu. Ieklājot galvenās sastāvdaļas Segway korpusā, ir ļoti svarīgi pārliecināties, ka svars vienmērīgi tiek sadalīts, kad Segway tiek novietots vertikālā darba stāvoklī. Tāpēc, ja neņem vērā svara sadalījumu no smagajām baterijām, ierīces sabalansēšana būs sarežģīta.
Šajā gadījumā autors ievietoja baterijas aizmugurē, lai kompensētu motora svaru, kas atrodas ierīces centrā. Elektroniska sastāvdaļu ierīces tika novietotas starp motoru un akumulatoriem. Turpmākai pārbaudei tika piestiprināta arī pagaidu sākuma poga uz Segway roktura.
Trešais solis: elektriskā ķēde.
Saskaņā ar iepriekš minēto diagrammu visi vadi Segway korpusā tika īstenoti. Turklāt saskaņā ar tabulu zemāk visi Arduino mikrokontrolleru izvadi tika savienoti ar motora vadības tilta ķēdi, kā arī ar balansēšanas sensoriem.
Šajā diagrammā parādīts horizontāli uzstādīts slīpuma sensors, savukārt vadības sensors tika uzstādīts vertikāli pa Y asi.
Ceturtais solis: pārbaudiet un konfigurējiet ierīci.
Pēc iepriekšējām darbībām autors saņēma modeli Segway pārbaudei.
Veicot pārbaudi, ir svarīgi ņemt vērā tādus faktorus kā testa vietas drošība, kā arī aizsargaprīkojums aizsargapvalku un autovadītāja ķiveres formā.
Autore nolēma sākt Segway testēšanu, lejupielādējot kodu mikrokontrollerā un pārbaudot tā savienojumu ar vadības ķēdēm un sensoriem.
Programmatūra:
Arduino Terminal ir lieliski piemērots koda funkcionalitātes pārbaudei, kā arī iespējamai problēmu meklēšanai to turpmākajai atkļūdošanai. Ir svarīgi pareizi pielāgot PID regulatora pastiprinājumu, kas būs atkarīgs no izmantotā motora parametriem.
Pēc regulatora pielāgošanas regulatoram tiek piegādāta enerģija, un sensori nonāk gaidīšanas režīmā. Pēc tam tiek nospiesta palaišanas poga, un dzinēji ieslēdzas. Noliecot Segway, vadītājs kontrolē kustību līdzsvarošanas algoritma darba dēļ.
Zemāk esošajā videoklipā ir parādīta samontētās gaisa spilvena ierīces darbība: