Segway (гироскутер) своими руками
В этой статье будет рассмотрено создание самобалансирующегося средства передвижения или просто «Сегвей». Практически все материалы для создания данного устройства легкодоступны.
Само устройство представляет из себя платформу на которой стоит водитель. Путем наклона туловища осуществляется управление двумя электрическими двигателями посредством цепи схем и микроконтроллеров, отвечающих за балансировку.
-Беспроводной модуль управления XBee.
-микроконтроллер Arduino
-аккумуляторы
-датчик InvenSense MPU-6050 на модуле “GY-521”,
-деревянные бруски
-кнопка
-два колеса
и прочее, указанное в статье и на фотографиях.
Шаг первый: Определение требуемых характеристик и проектирование системы.
При создании этого устройства автор старался, чтобы оно укладывалась в такие параметры как:
-проходимость и мощность, необходимая для свободного перемещения даже по гравию
-аккумуляторы достаточной емкостью, чтобы обеспечить как минимум один час беспрерывной работы устройства
-обеспечить возможность беспроводного управления, а так же фиксирование данных о работе устройства на SD-карту для выявления и устранения неисправностей.
Кроме того желательно, чтобы затраты на создание подобного устройства были меньше чем заказ оригинального внедорожного гироскутера.
Согласно приведенной ниже диаграмме, вы можете увидеть схему электрической цепи самобалансирующегося транспортного средства.
Выбор микроконтроллера для управления системами Сегвея разнообразен, автор система Arduino наиболее предпочтительна из-за своих ценовых категорий. Подойдут такие контроллеры как Arduino Uno, Arduino Nano или можно взять ATmega 328 для использования в качестве отдельного чипа.
Чтобы запитать сдвоенную мостовую схему управления двигателей необходимо напряжение питания в 24 В, этого напряжения легко достигнуть путем последовательного подключения 12 В автомобильных аккумуляторов.
Система построена так, что питание на двигатели подается, только пока нажата кнопка старта, поэтому для быстрой остановки достаточно просто ее отпустить. При этом платформа Arduino должна поддерживать последовательную связь, как с мостовой схемой управления двигателей, так и с беспроводным модулем управления.
За счет датчика InvenSense MPU-6050 на модуле “GY-521”, обрабатывающего ускорение и несущего в себе функции гироскопа, измеряются параметры наклона. Датчик был расположен на двух отдельных платах расширения. По шине l2c поддерживается связь с микроконтроллером Arduino. Причем датчик наклона с адресом 0x68 был запрограммирован таким образом, чтобы выполнять опрос каждый 20 мс и обеспечивать прерывание микроконтроллера Arduino. Другой датчик имеет адрес 0x69 и он подтянут прямо к Arduino.
Когда пользователь встает на платформу скутера, срабатывает концевой выключатель нагрузки, который и активирует режим алгоритма для балансировки Сегвея.
Шаг второй: Создание корпуса гироскутера и установка основных элементов.
После определения основной концепции схемы работы гироскутера, автор приступил к непосредственной сборке его корпуса и установке основных деталей. В качестве основного материала послужили деревянные доски и бруски. Дерево мало весит, что положительно отразится на длительности заряда аккумуляторов, кроме того древесина легко обрабатывается и является изолятором. Из этих досок был сделан короб, в который будут устанавливаться аккумуляторы, двигатели и микросхемы. Таким образом, получилась U-образная деревянная деталь, на которую за счет болтов крепятся колеса и двигатели.
Передача мощности двигателей на колеса будет идти за счет зубчатой передачи. Во время укладки основных компонентов в корпус Сегвея очень важно проследить, чтобы вес распределялся равномерно при приведении Сегвея в рабочее вертикальное положение. Поэтому если не учесть распределение веса от тяжелых аккумуляторов, то работа балансировки устройства будет затруднена.
В данном случае автор расположил аккумуляторы сзади, так, что компенсировать вес двигателя, который находится в центре корпуса устройства. Электронные составляющие устройства были уложены в место между двигателем и аккумуляторами. Для последующего тестирования так же была прикреплена временная кнопка старта на ручке Сегвея.
Шаг третий: Электрическая схема.
Шаг четвертый: Тестирование и настройка устройства.
После проведения предыдущих этапов, автор получил модель Сегвея для тестирования.
При проведении тестирования важно принять во внимание такие факторы как безопасность зоны тестирования, а так же защитная экипировка в виде защитных щитков и шлема для водителя.
Начать тестирование Сегвея автор решил с загрузки кода на микроконтроллер и проверки его связи со схемами управления и датчиками.
Для проверки работоспособности кода, а так же возможного поиска проблем для их последующей отладки отлично походит Arduino Terminal . Важно правильно настроить усиление ПИД-регулятора, которое будет зависеть от параметров используемого двигателя.
После проведения настройки регулятора на контроллер подается питание, и датчики переходят в состояние ожидания. Затем нажимается кнопка старта, и включаются двигатели. Путем наклона Сегвея водитель управляет движением за счет работы алгоритма балансировки.
На видео ниже показана работа собранного устройства гироскутера:
Источник
Электровелосипед с двигателем от гироскутера
Если у вас есть старый гироскутер, из него можно сделать отличный электровелосипед. В гироскутере установлено два бесщеточных двигателя, они редко ломаются и имеют довольно продолжительный срок службы. На одном таком двигателе автор сделал себе электровелосипед, получилось все довольно интересно. Хоть конструкция велосипеда немного и изменилась, он все равно остался быть велосипедом, то есть на нем можно ехать классическим способом, если аккумуляторы разрядятся.
Интересен тот факт, что при работе двигателя педали не вращаются, махать ногами не понадобится, ведущая звездочка велосипеда теперь тоже работает на храповом механизме. Процесс изготовления самоделки не сложный, из запчастей тут в основном используются детали от велосипедов. Если проект вас заинтересовал, предлагаю изучить его более детально.
Материалы и инструменты, которые понадобились автору:
Список материалов:
— двигатель от гироскутера ;
— велосипед;
— 2 звездочки от заднего колеса (с храповиком);
— цепь;
— аккумулятор;
— контроллер для бесщеточного двигателя ;
— стальной уголок;
— стальные хомуты;
— болты с гайками;
— втулки от задних колес велосипеда;
— провода;
— ручка управления двигателем;
— ведущая звездочка от велосипеда.
Список инструментов:
— болгарка;
— сварочный аппарат;
— дрель;
— отвертка и гаечные ключи;
— изолента.
Процесс изготовления велосипеда:
Шаг первый. Дорабатываем ведущую звездочку велосипеда
Для начала доработаем ведущую звездочку велосипеда, сделать нужно так, чтобы тут появился храповой механизм. Благодаря такой доработке педали не будут крутиться, когда будет работать двигатель. В то же время, мы всегда сможем доехать на педалях, если что-то поломается или сядет аккумулятор.
Для такой доработки нам понадобится втулка от заднего колеса, а также звездочка с храповиком. Разбираем кассету, высверливая заклепки. В итоге у нас останется шатун с маленькой ведущей звездочкой, привариваем сюда втулку от заднего колеса велосипеда, а потом срезаем ведущую звездочку. Далее на приваренную втулку можно установить ведомую звездочку от колеса с храповиком. К этой звездочке привариваем среднюю ведущую звездочку велосипеда, а потом к средней болтами с гайками прикручиваем и самую большую. В итоге у нас получится две звездочки на храповом механизме.
Шаг второй. Подготавливаем двигатель
Подготовим двигатель, для этого нам нужно разобрать гироскутер, достать двигатель, а также нужно будет разобрать и сам двигатель. Шину можно снять, она нам не понадобится. Стачиваем с корпуса колеса бортики, сюда мы будем крепить ведущую звездочку, она также будет работать на храповом механизме. Для начала нам понадобится еще одна втулка от заднего колеса велосипеда, ее привариваем к ведущей звездочке велосипеда и обрезаем лишнее. В итоге у нас теперь втулка установлена на кронштейне, который мы можем прикрутить к мотор-колесу. Сверлим отверстия и хорошо все прикручиваем болтами с гайками, не забывайте про гровера. Колесо можно собирать, после сборки убедитесь в том, что головки болтов не мешают вращаться колесу.
Ну а далее автор нашел два стальных хомута и закрепил их на раме велосипеда. К этим хомутам был приварен уголок, ну а к уголку можно приварить и наш маленький уголок, с закрепленным на нем мотор-колесом. Вот и все, теперь двигатель вполне надежно закреплен на раме.
Шаг четвертый. Установка цепи
Устанавливаем велосипедную цепь, обрезаем лишнее, чтобы получить нужное натяжение. В завершении пробуем включить двигатель, а также крутим педали. Если цепь не спадает, все отлично.
Источник