Схема гироскутера своими руками

Блочная замена (мотор-колеса и/или электронного блока) — не является ремонтом!

Не много об ошибках и неисправностях в электронике и электротехнике.

Сначала нужно понять ошибка ли это или неисправность, а потом уже менять или ремонтировать.
Парадоксально, но факт, проще заменить, чем искать из-за чего, да и зачем «усложнять всё» когда заменил и дело в шляпе, а клиенту распишем, что всё было очень сложно и потому такие цены.

Профессионал – квалифицированный инженер (инженер-электронщик), так никогда не скажет, потому, что он знает принцип работы электроники, электро-техники и электро-механики.
И, что заменив один из электронных узлов ( к примеру: мотор-колеса), проблема не решится.

Если это ошибка, то нужно понять чем она вызвана. Ошибка может быть плавающая, а вот из-за неисправности узла или агрегата, так же может быть вызвана ошибка.
Если ошибка устраняется перезагрузкой вашего устройства (пересброс по питанию), или выключили устройство, а затем снова включили и ошибка нет, но спустя какое-то время или определённое действие (замедленная скорость или наоборот максимальная скорость, резкий разгон итд), ошибка снова повторяется, то это уже проблема и нужно искать «ИЗ-ЗА»

Гироскутер — это сложное электротехническое устройство – платформа на колёсах которое приводится в движение посредством наклонов тела, вперёд, назад и в стороны.
ГироСкутер является полноценным аппаратно- программым комплексом (АПК)в котором как и в домашнем компьютере есть вычислительный модуль –т.е. процессор.

В данной статье я абстрактно объясню, как устройство работает.

И так, сначала давайте разберёмся как работает наш компьютер. Он работает благодаря разным процессам которые происходят на разных уровнях абстракции.
Рассмотрим принцип работы на пирамиде.

Верхний уровень – это Программное обеспечение. Те программы с которыми вы работаете например: браузер через который вы выходите в интернет и читаете данную статью.
— Всё это работает благодаря операционной системе.
— Под операционной системой идёт архитектура компьютера.
— Под архитектурой идёт микроархитектура.
— Микроархитектура в свою очередь базируется на логике (триггер).
— Логика построена на цифровых логических элементах.
— Логика цифровая построена на более простых логических элементах.
— Под аналоговыми логическими устройствами есть ещё два уровня. Это примитивные устройства и физический принцип (devices) на которых они все работают.
Вот настолько всё сложно.

И чтобы понять почему:
В компьютере: передвигая рукой мышку, в то же время курсор двигается на экране
В ГироСкутере: едва наклонив тело, наш гироскутер приводится в движение? В перёд, назад или в стороны.
Казалось бы, вот на столько всё просто, но это в теории, а чтобы понять на практике как всё это работает нужно знать, что происходит на каждом из этих уровней.

Изучим принцип работы на примере электронного устройства – платформы на колёсах, под названием «Гироскутер».

Наш гироскутер работает от воздействия на него физических воздействий, а вернее на гироскопы которые расположены в платформах, под левой и правой ногой.
И, так. Что же это за устройство под названием девайс (devices) – это транзисторы.
Раньше вместо транзисторов использовали электронные лампы. Транзистор в миллион раз меньше. И на небольшом процессоре их может поместиться миллиарды, а то время когда использовали лампы, компьютеры были размером с большую комнату, зал или гостиную.
Транзисторы и лампы выполняют одну функцию. Если очень упростить, то транзистор это то устройство, которое может делать так, что на выводе либо есть ток, либо нет. Всё это работает благодаря физическому принципу. Можно было бы его рассмотреть, но нет надобности, потому что это очень сложно и не нужно. Транзистор себе работает и пусть работает, о том как найти неисправный транзистор я расскажу в другой статье. Сейчас от этого лучше абстрагироваться и принять результат, собственно это и есть ключевой принцип абстракции. Чтобы получать результат от работы транзистора не нужно знать, как всё работает на уровне атома, электронов и так делее.

Читайте также:  Бюджетный экран для проектора

Так, вот, с этим мы разобрались и мы имеем транзистор, который фактически может задавать два состояния: Когда напряжение есть, обозначим это цифрой 1, и когда напряжения нету, обозначим это цифрой 0. Тут мы плавно подошли к двоичной системе счисления, главный её принцип в том, что для задания любого числа можно использовать только единицу «1» и ноль «0»
Имея всего два состояния 0 или 1 – отсутствие или присутствие напряжения, можно создать всё, что угодно. Собственно так и делает транзистор.

Что из этого получается. Если транзистор может задавать два состояния, в зависимости от кого какое состояние на его «ворота», то комбинация транзистора можно делать разные прикольные вещи. Собственно так и сделали.

Из транзисторов состоят аналоговые логические элементы . Почему они логические?
Потому что они принимают какой-то сигнал и руководствуясь определённой логикой, которая предусмотрена в определённой комбинации транзисторов, выдают другой сигнал.
Это ни какая-то магия происходит внутри, а всего лишь работают транзисторы.

Есть несколько логических элементов.
Самый простой это END, ПЕРЕВОДИТСЯ КАК «И» он сравнивает два значения на входе и если оба из низ равны 1, то выдаёт 1, в противных случаях он выдаёт 0.

Похожий элемент называется OR «ИЛИ» — он сравнивает значения, как и все остальные, но уже выдаёт единичку на выходе если: или на первом входе 1 или на втором входе 1 или единица сразу на двух входах.

Кроме «И» «ИЛИ» есть ещё BUF — рипитер, он просто выдаёт такой же сигнал какой и получает, это нужно для того, что со временем сигнал может угасать и его нужно возобновлять.
К примеру, есть ещё и инвертор (INVERTER) – это тоже самое, что и репитер, только инвертирует: если получает 1, то выдаёт 0, а если получает 0, то выдаёт 1.

Полный список можно посмотреть в интернете, эти значения называются «Значение истинности»

Не забывайте, что эти значения просто:
0 – нет напряжения
1 – есть напряжение
это никакой-то высший разум, который всё это делает. Там на низшем уровне, где транзисторы бегают маленькие электрончики и всё это делают, а человечество смогло всё это так придумать и организовать в такую систему.
Ну, что полагаю, что с этим уровнем мы разобрались.

Имея все эти логические элементы можно уже комбинировать их и получать более сложные вещи. Так же как комбинировали транзисторы, только комбинация того, что получилось из этих транзисторов, т.е. имея одно, мы создали второе, а для создания третьего мы используем второе, а не первое.
Скомбинировали электронику с электротехникой, добавили электродинамику, в основу легла наноэлектроника, добавили химию и в результате получился гироскутер, со всеми рядами преимуществ и минусов.

Основные проблемы гироскутеров связаны с износом деталей, неправильной эксплуатацией и попыткой ремонта в домашних условиях или в неквалифицированных сервисных центрах.

Вывод. Как Вы поняли, для ремонта сложных электротехнических устройств, узлов, а так же электронных компонентом в гироскутере, необходимо иметь необходимое образование, как минимум техника-электронщика, иметь достаточный опыт по ремонту и обслуживанию.

«Однажды ошибясь при выборе дороги,
Они упрямо шли, глядя на свой компас.
И был их труд велик, шаги их были строги,
Но уводил их прочь от цели каждый час!»

Сделайте правильный выбор.
Обращайтесь к профессионалам !

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.

Читайте также:  Бра в прихожую на стену возле зеркала

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.

Читайте также:  Обкатка новой бензопилы видео

На видео ниже показана работа собранного устройства гироскутера:

Этот самодельный гироскутер построен на базе рамы — шасси из рифленого алюминиевого листа размером 500 х 360 х 7 мм, на который устанавливаются двигатели.

Данный сигвей своими руками имеет два DC двигателя MY1020Z 500 Вт, 24 В, 12,6 Нм.

На нижнем изображении – лист алюминия, в котором уже готовы отверстия диаметром 8 мм для монтажа двигателей. Для крепления моторов используются потайные болты.

Следующий шаг заключается в закреплении в центральной части рамы конструкции, которая включает два корпусных узла и стальную водопроводную трубу диаметром 0,5 дюйма и длиной 300 мм.

На одной стороне трубы эпоксидным клеем фиксируется потенциометр 10 кОм, который будет определять, в каком положении находится рулевая тяга. На другой стороне потенциометр крепится алюминиевым кронштейном на основании.

С другой стороны, на трубу привариваем угловое соединение с углом 90 градусов.

На угловое соединение крепим Т-образную конструкцию, длина которой составляет 105 см. Она будет применяться в качестве руля.

Чтобы отцентрировать рулевой механизм, умелец взял пружины, стоявшие на старой стиральной машине. С одной стороны они прикреплены к основанию, с другой – к трубе хомутами.

Руль оснащен кнопкой безопасности – одна подключена к драйверам двигателей. При езде ее нужно все время удерживать нажатой.

Чтобы установить колеса, мастер изготовил специальную втулку колеса. Следует отметить, что втулка имеет выступающую часть, которая надевается на вал двигателя, что позволяет шестерням оставаться целыми и невредимыми.

Главный элемент основной платы – Arduino Pro Mini 16 МГц, 5 В. Она позволяет считывать информацию об угле наклона с трех-осевого акселерометра и гироскопа модуля MPU-6050 (частота 500 Гц), которая впоследствии обрабатывается фильтром Калмана.

С микроконтроллером соединен и модель Bluetooth SPP. Используя специальное приложение, он подает данные на смарфтон или другой гаджет под управлением ОС Android.

2 входа операционного усилителя LM324 служат буфером, сохраняя сигнал от кнопки безопасности. С помощью диода D1 видно, что от микроконтроллера на контакт сброса не может поступить сигнал, когда работает драйвер двигателя. Вместе с тем вход Online Casino позволяет сохранить значения измерения напряжения батарей.

Один выход выступает в качестве инверсного усилителя, который усиливает сигнал от потенциометра, подключенного к рулевому механизму. Потенциометр 10 кОм используется с целью изменения напряжения на выходе до примерного показателя 2,5 В.

Внизу – изображение с готовой печатной платой и принципиальной схемой. MPU-6050 фиксируется с помощью двойной клейкой ленты, чтобы минимизировать вибрации.

Основная плата включает в себя зуммер, обеспечивающий обратную связь. Он оповещает коротким звуковым сигналом о том, что робот включен, или о том, что заряд батареек уменьшается.

В нашем случае использован драйвер Pololu High-Power Motor Driver 24 В / 23 A. Здесь предусмотрен вариант постоянного тока 23 А без теплоотвода. Те, кто разработали этот аппарат, применили присоединение к драйверам теплоотвода, чтобы увидеть, что для драйверов подходит этот ток, с учетом пикового значения тока для двигателя по характеристикам – 26,7 А. В этом случае не происходит и нагревания драйверов.

Для питания аппарата использовалась установка 3-х 6S LiPo 3000mAh. Если это параллельное подключение, то их общая емкость – 9000 mAh.
От аккумуляторной сборки исходит 25.2 V (4.2 V на банку), нужно было применять преобразователь DC-DC на основе модуля LM2596, чтобы обеспечить показатель напряжения питания контроллера 8 В.

Завершающим шагом создания балансирующего робота мастер поместил всю электронику в корпус из пластика.

Программный код получен на основе кода Balanduino (https://github.com/tkjelectronics/Balanduino), который создан на C/C, при этом использовались библиотеки и функции платформы Arduino.

Чтобы понимать архитектуру, которая используется в программе, можно ориентироваться на блок-схему внизу. Она описывает рабочий алгоритм электронной системы управления.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *