Este artigo examinará a criação de um veículo com auto-equilíbrio ou simplesmente um Segway. Quase todos os materiais para criar este dispositivo são facilmente acessíveis.
O dispositivo em si é uma plataforma na qual o motorista está. Inclinando o corpo, dois motores elétricos são controlados através de uma cadeia de circuitos e microcontroladores responsáveis pelo balanceamento.
Materiais:
- Módulo de controle XBee sem fio.
microcontrolador Arduino
-baterias
O sensor InvenSense MPU-6050 no módulo “GY-521”,
-barras de madeira
-button
duas rodas
e assim por diante, indicado no artigo e nas fotografias.
Etapa 1: Determinar as características necessárias e projetar o sistema.
Ao criar este dispositivo, o autor tentou se encaixar em parâmetros como:
-passabilidade e potência necessárias para a livre circulação, mesmo em cascalho
- baterias com capacidade suficiente para fornecer pelo menos uma hora de operação contínua do dispositivo
-para fornecer a possibilidade de controle sem fio, além de registrar dados sobre a operação do dispositivo em um cartão SD para identificar e solucionar problemas.
Além disso, é desejável que o custo de criação desse dispositivo seja menor do que o pedido de um hoverboard original off-road.
De acordo com o diagrama abaixo, você pode ver o diagrama de circuito do veículo com auto balanceamento.
A imagem a seguir mostra o sistema operacional da unidade do giroscópio.
A escolha de um microcontrolador para controlar os sistemas Segway é diversa, o autor do sistema Arduino é o preferido por causa de suas categorias de preços. Controladores como Arduino Uno, Arduino Nano, ou você pode usar o ATmega 328 para usar como um chip separado.
Para alimentar um circuito de controle de motor de ponte dupla, é necessária uma tensão de alimentação de 24 V, que é facilmente alcançada conectando 12 V de baterias de carro em série.
O sistema foi projetado para fornecer energia aos motores somente enquanto o botão Iniciar é pressionado; portanto, para uma parada rápida, basta soltá-lo. Ao mesmo tempo, a plataforma Arduino deve suportar a comunicação serial com o circuito de controle da ponte dos motores e o módulo de controle sem fio.
Devido ao sensor InvenSense MPU-6050 no módulo “GY-521”, que processa a aceleração e exerce as funções de um giroscópio, os parâmetros de inclinação são medidos.O sensor estava localizado em duas placas de expansão separadas. O barramento l2c se comunica com o microcontrolador Arduino. Além disso, o sensor de inclinação com o endereço 0x68 foi programado de forma a pesquisar a cada 20 ms e interromper o microcontrolador Arduino. Outro sensor tem o endereço 0x69 e é puxado diretamente para o Arduino.
Quando o usuário entra na plataforma da scooter, o interruptor de limite de carga é ativado, o que ativa o modo de algoritmo para equilibrar o Segway.
Etapa 2: Crie um corpo de scooter no casco e instale os elementos básicos.
Após determinar o conceito básico do esquema de operação da scooter giroscópica, o autor procedeu à montagem direta do corpo e à instalação das partes principais. O material principal eram tábuas e barras de madeira. A árvore pesa pouco, o que afetará positivamente a duração da carga da bateria. Além disso, a madeira é facilmente processada e é um isolante. A partir dessas placas, foi feita uma caixa na qual baterias, motores e microcircuitos serão instalados. Assim, foi obtida uma peça de madeira em forma de U, na qual as rodas e os motores são montados com parafusos.
A transmissão da potência do motor para as rodas passará pela transmissão de marchas. Ao colocar os componentes principais na carcaça do Segway, é muito importante garantir que o peso seja distribuído uniformemente quando o Segway for colocado na posição vertical de trabalho. Portanto, se você não levar em consideração a distribuição de peso de baterias pesadas, o trabalho de equilibrar o dispositivo será difícil.
Nesse caso, o autor colocou as baterias na parte traseira, de modo a compensar o peso do motor, localizado no centro do dispositivo. Eletrônico dispositivos componentes foram colocados entre o motor e as baterias. Para testes subsequentes, também foi anexado um botão de início temporário no manípulo de Segway.
Etapa três: O circuito elétrico.
De acordo com o diagrama acima, todos os fios da carcaça de Segway foram implementados. Além disso, de acordo com a tabela abaixo, todas as saídas do microcontrolador Arduino foram conectadas ao circuito de controle de ponte do motor, bem como aos sensores de balanceamento.
O diagrama a seguir mostra um sensor de inclinação instalado horizontalmente, enquanto o sensor de controle foi instalado verticalmente ao longo do eixo Y.
Etapa quatro: testar e configurar o dispositivo.
Após as etapas anteriores, o autor recebeu o modelo Segway para testes.
Ao realizar os testes, é importante levar em consideração fatores como a segurança da área de teste, bem como equipamentos de proteção na forma de escudos de proteção e um capacete para o motorista.
O autor decidiu começar a testar o Segway baixando o código no microcontrolador e verificando sua conexão com circuitos de controle e sensores.
Software:
O Terminal Arduino é ótimo para verificar a funcionalidade do código, bem como a possível busca de problemas para a depuração subsequente. É importante ajustar corretamente o ganho do controlador PID, que dependerá dos parâmetros do motor usado.
Depois de ajustar o regulador, a energia é fornecida ao controlador e os sensores entram no estado de espera. Em seguida, o botão Iniciar é pressionado e os motores são ligados. Ao inclinar o Segway, o motorista controla o movimento devido ao trabalho do algoritmo de balanceamento.
O vídeo abaixo mostra a operação do dispositivo de hovercraft montado: