Сегвей своими руками. Как изготовить своими руками сегвей Что же нам понадобится
Гироскутер внутри
Основные детали
Из чего состоит гироскутер? Если взглянуть со стороны, то гироскутер представляет из себя интересное устройство. Первое - это рабочая платформа или доска. Именно на нее встает человек и, пытаясь держать баланс, управляет, ездит или падает. По бокам от платформы есть два колеса, именно они и дают нам возможность ездить и двигаться вперед или назад.
Сначала разберемся с платформой. Рабочая платформа разделена на две части, на правую и левую часть. Как раз для правой и левой ноги. Сделано это для того, чтобы была возможность поворачивать вправо или влево, как раз за счет нажатия носком на эти платформы.
Как устроен гироскутер?
Мини-сигвей устройство
Колеса
По бокам идут два колеса. Обычно гироскутеры бывают 4-ех видов, и различаются они по классу и размеру колес. Первый класс гироскутеров является детский гироскутер с колесами в диаметре 4.5 дюймов. Маленький размер колес делает гироскутер очень неудобным и не проходимым в некоторых участках дороги.
Следующий класс - это гироскутер 6.5 дюймов. Он имеет уже больший диаметр колес, но все также предназначен только для езды по ровным поверхностям. Гироскутер 8 дюймов, является золотой серединой среди всех гиробордов. Он имеет оптимальный размер колес, который может проехать практически по любым дорогам.
И самый большой является внедорожник всех мини-сигвеев - гироскутер 10 дюймов . Это модель, у которой есть интересная особенность, помимо больших колес, эти колеса имеют камерную систему. То есть колеса надувные, они имеют более плавный ход, и такие гироскутеры более износостойкие чем прототипы поменьше.
Корпус
Корпус у всех гироскутеров сделан из разных материалов, но с одной и той же особенностью. Везде корпус закрывает колеса, защищая от брызг, грязи, воды, снега и пыли. Гироскутеры с маленькими колесами 4.5 и 6, обычно делают из обычного пластика. Так как эти модели предназначены для езды по ровной дороге, и развивают не такую высокую скорость, то инженеры решили не ставить дорогой пластик и не увеличивать тем самым цену на гироскутер.
У гироскутера с 8-ми дюймовыми колесами , корпуса делают из различных материалов, как из простого пластика, так и из карбона, ударопрочного магниевого пластика. Такой пластик, способен выдержать практически любое физическое воздействие и удары. Карбон к примеру еще и легкий материал, тем самым он снижает нагрузку на электродвигатели и уменьшает скорость разрядки батареи.
Двигатели
После того как вы снимите крышку, по бокам ближе к колесу вы должны увидеть электродвигатель. Электродвигатели бывают разной мощности. Среднее значение среди всех мини-сигвеев является показатель 700 Ватт на оба колеса. Или по 350 Ватт на одно колесо. Дело в том, что электродвигатели у гироскутеров работают независимо друг от друга. Одно колесо может ехать с одной скоростью, а второе с другой, или они могут двигаться в разные стороны, одно назад, другое вперед. Таким образом эта система придает гироскутеру управляемости.
Он становится более чувствительным к поворотам на большой скорости. Также вы можете разворачиваться на места на 360 градусов. Чем выше мощность у двигателя, тем выше переносимый груз и тем выше скорость, но не всегда. Надо понимать, что чем выше масса нагрузки на платформу, тем ниже скорость и быстрее разряжается батарея. Поэтому гироскутеры с мощными двигателями стоят дороже.
Система балансировки
Система балансировки состоит и включает в себя довольно много компонентов. В первую очередь, это два гироскопических датчика, которые расположены в правой и левой части платформы. Если снять крышку корпуса, то можно увидеть две вспомогательные платы, именно к ним и подсоединены гироскопические датчики. Вспомогательные платы, помогают обрабатывать информацию и отправлять ее в процессор.
Дальше в правой части можно увидеть основную плату, именно там стоит 32-ух битный процессор и осуществляется все управление и вычисление. Там же и стоит программа, которая реагирует на любое изменение платформы справа или слева.
Если платформа наклоняется вперед, то процессор, обработав информацию, посылает сигнал электродвигателям, которые физически удерживают доску в ровном положении. Но если платформа наклоняется сильнее с определенным давлением, колесо начинает сразу движение вперед или назад.
Нужно обязательно помнить, что во всех нынешних гироскутерах должны быть две вспомогательные платы для гироскопических датчиков и одна основная, где стоит процессор. В старых моделях может стоять и двухплатная система, но с осени 2015 года, в стандарт была внесено изменение и теперь все гироскутеры, мини-сигвеи делаются с 3-мя платами.
В китайских подделках или некачественных гироскутерах, может стоять одна плата, основная. К сожалению такой мини-сигвей имеет плохие характеристики в управлении. Может вибрировать или опрокидывать водителя. А в последствии вся система вообще может выйти из строя.
Схема внутреннего устройства управления гироскутером не такая сложная как кажется. Вся система сделана так, чтобы максимально быстро реагировать на любое поведение платформы. Расчет идет в доли секунды и с поразительной точностью.
Батарея
Система питания гироскутера осуществляется от двух или более аккумуляторов. В стандартных недорогих моделях обычно ставят аккумулятор с мощностью 4400 мА/ч. Аккумулятор отвечает за работу всей системы в целом и обеспечения ее электроэнергией, поэтому батарея должна быть качественная и фирменная. Обычно используют аккумуляторы двух брендов - это Samsung и LG.
Также аккумуляторы различаются по классу. Есть низкоуровневые батареи классов 1С, 2С. Такие аккумуляторы обычно ставят на гироскутеры с 4.5 и 6.5 дюймовыми колесами. Все по той же причине, потому что эти гироскутеры предназначены для ровных дорог, ровному асфальту, мрамору или полу.
Гироскутеры с 8-ми дюймовыми колесами, обычно ставят аккумуляторы среднего класса типа 3С, это уже более надежная модель батареи. Она не будет отключаться при резкой остановке или при наезде на бордюр или в яму.
У большеколесных 10-ти дюймовых моделях, обычно ставят аккумуляторы 5С класса. Этот гироскутер способен ездить практически по любым дорогам, земле, лужам, ямам. Поэтому батарея нужно более надежная.
Основной принцип устройства гироскутера обусловлен в удержании равновесии. При большом весе водителя гироскутеру нужно больше электроэнергии для осуществления маневров и движения.
Другое
Во многих гироскутерах также ставят Bluetooth систему и колонки. С помощью нее вы сможете слушать любимую музыку и кататься с друзьями. Но эта система еще дает возможность подсоединять свой смартфон к гироскутеру и следить за состоянием своего средства передвижения. Можно следить за средней скоростью, смотреть какой расстояние вы преодолели. Настроить максимальную допустимую скорость и много чего еще.
Еще на многих моделях стоит подсветка, она освещает вам путь в темноте, и так же может ярко мигать в такт с музыкой. Но нужно помнить, что музыка и подсветка сильно садят батарею. Многие вообще отключают подсветку, чтобы увеличить запас хода.
Вывод
Конструкция гироскутера сделана так, чтобы он был компактным и легким, но при этом быстрым, мощным и долговечным. Главное покупать гироскутер у проверенных поставщиков, у которых есть вся необходимая документация, чтобы не пришлось разбирать его после неудачного катания.
Можно ли смастерить сигвей своими руками? Насколько это сложно, и какие детали для этого потребуются? Будет ли самодельный аппарат выполнять все те же функции, что и изготовленный на заводе? Куча похожих вопросов возникает в голове человека, решившего соорудить своими руками. Ответ на первый вопрос будет прост и ясен: сделать «электросамокат» самому под силу любому человеку, который хоть немного разбирается в электронике, физике и механике. Причем, работать устройство будет ничуть не хуже произведенного на заводском станке.
Как сделать сигвей своими руками?
Если внимательно присмотреться к гироскутеру, то можно разглядеть в нем довольно простое сооружение: это всего лишь самокат, оснащенный системой автоматической балансировки. По обеим сторонам от платформы расположены 2 колеса. Для осуществления эффективного балансирования конструкции сегвеев снабжены системой индикаторной стабилизации. Поступающие с датчиков наклона импульсы транспортируются на микропроцессоры, а те, в свою очередь, производят электрические сигналы. В итоге гироскутер движется в заданном направлении.
Для того чтобы сделать сегвей своими руками, потребуются следующие элементы:
- 2 колеса;
- 2 мотора;
- руль;
- алюминиевые блоки;
- опорная стальная или алюминиевая труба;
- 2 свинцово-кислотные батареи;
- плита из алюминия;
- резисторы;
- аварийный тормоз;
- стальная ось 1,2 см;
- печатная плата;
- конденсаторы;
- LiPo батарея;
- Gate drivers;
- индикаторы led;
- 3 х АTmtga168;
- регулятор напряжения;
- ADXRS614;
- 8 Mosfets;
- два Springs;
- и ADXL203.
Среди перечисленных наименований имеются как механические детали, так и электронные элементы, и прочее оборудование.
Порядок сборки сигвея
Собрать сигвей своими руками не так сложно, как кажется на первый взгляд. При наличии всех необходимых составляющих процесс занимает совсем немного времени.
Сбор механических деталей
- Моторы, колеса, шестерни и аккумуляторы можно позаимствовать у китайских скутеров, а с поиском двигателя проблем вообще нет.
- На большую шестерню, расположенную на руле, осуществляется передача с малой шестерни на двигателе.
- Передача на колесе (12 дюймов) имеет свободный ход - это требует внесения некоторых изменений, необходимых для работы вращающихся элементов в обоих направлениях.
- Неподвижная ось, прикрепленная тремя алюминиевыми блоками (их можно зафиксировать 5-мм установочными винтами), является основой платформы.
- С помощью программы SolidWorks необходимо сделать чертеж детали, которая позволит гироскутеру поворачивать в стороны во время наклона туловища. После этого деталь нужно выточить на станке с ЧПУ. На станке использовалась программа CAMBAM, которая также применялась при изготовлении коробки для блока аварийного тормоза.
- Руль прикрепляется к 2,5-см пустой трубе из стали.
- Для того чтобы рулевая колонка всегда располагалась по центру, а также обратная тяга была более интенсивной, можно задействовать пару стальных пружин.
- Руль оснащается специальной аварийной кнопкой, подключенной к реле - это позволяет снижать мощность мотора.
- Источники питания моторов - аккумуляторные батареи на 24 В.
Сбор электронных деталей
Для того чтобы собрать сигвей своими руками, мало только скрепить механические детали. Электронное управление не менее важно в гироскутере, ведь это достаточно важная составляющая агрегата.
- Печатная плата, имеющая вычислительную функцию, собирает сведения с датчиков - гироскопа, акселерометра, потенциометра, после чего задает направление поворота.
- Без процессора АTmtga168 «самокат» не сможет нормально работать. Соединение с компьютером выполняется посредством Bluetooth и RN-41.
- С помощью двух Н-мостов происходит преобразование импульсов управления с базовой платы на усилие моторов. Каждый мост оснащен АTmtga168, платы сообщаются между собой посредством UART.
- Вся электроника приводится в действие благодаря отдельному аккумулятору.
- Для того чтобы быстро добраться до батарей, а также запрограммировать базовую плату и изменить параметры контуров управления, нужно изготовить небольшую коробку с разъемами, сверху ее корпус оснастить подстроечным потенциометром, а также снабдить переключателем питания электроники.
Программное обеспечение сигвея
Как сделать сигвей своими руками, чтобы он наверняка работал? Верно - установить программное обеспечение (или ПО). Вот необходимые шаги для выполнения этой задачи:
- ПО микроконтроллера имеет в составе фильтр для акселерометра и гироскопа и цикла PD-управления.
- Фильтры Kalman и Complemenatry прекрасно справятся с задачей.
- Написать приложения с помощью языка программирования Java - это позволит видеть степень заряда аккумулятора, все показания датчиков и параметры управления.
Вот, пожалуй, и все, что требуется от человека, который решил самостоятельно смастерить сигвей. Понимание тематики и процесса, а также необходимые компоненты позволят соорудить отличный гироскутер в домашних условиях.
Привет всем мозгочинам
! В моем новом мозгопроекте я буду создавать своими руками самобалансирующееся транспортное средство или «Сегвей». Для данного проекта нужны базовые знания в электронике и умение работать вручную. Все механические компоненты можно приобрести в сети Интернет или в местном магазине.
СЕГВЕЙ состоит из платформы, на которой стоят в вертикальном положении, и двух боковых электродвигателей, приводимых в действие с помощью аккумуляторов. Алгоритм контроллера управления обеспечивает устойчивое положение. Перемещение сегвея контролируется водителем путем наклона его туловища, и ручкой для выбора направления движения влево/вправо. Поэтому вам понадобятся дополнительные компоненты, такие как контроллер, привод двигателя и датчик ускорения/гироскоп. Механическая конструкция изготовлена из дерева, поскольку оно имеет легкий вес, электрически изолировано и легко поддается обработке. Теперь приступим к изготовлению сегвея!
Шаг 1: Основные характеристики проекта
В настоящем проекте требуется изготовить устройство со следующими характеристиками:
— Достаточная мощность и устойчивость для езды по улице, и даже по гравийной дорожке;
— 1 час непрерывной работы
— Общая стоимость до 500€ евро
— Возможность беспроводного управления
— Запись данных на SD-карту для выявления поломок
Шаг 2: Проектирование системы
Датчик наклона установлен горизонтально вдоль оси х, а вертикально вдоль оси у.
Шаг 5: Тестирование и настройка
Примите во внимание, что двигатели должны иметь достаточную мощность. Проверьте устройство в широкой и безопасной зоне, чтобы избежать получения травм или повреждений. Рекомендуется надевать защитные щитки и шлем.
Выполните пошаговую процедуру. Начните с программирования микроконтроллера Arduino (загрузите ), далее проверьте связь с датчиками и мостовой схемой управления.
Arduino Terminal может использоваться для отладки программного кода и проверки работоспособности. Например, нужно настроить усиление ПИД-регулятора, поскольку оно зависит от механических и электрических параметров двигателя.
Усиление настраивается по данной процедуре:
1. Параметр Kp предназначен для балансировки. Увеличивайте Kp, пока балансировка станет нестабильной, Ki и Kp остаются 0. Незначительно снизьте Kp для получения устойчивого состояния.
2. Параметр Ki предназначен для ускорения/снижения ускорения при наклоне. Увеличьте Ki для получения правильного ускорения, чтобы избежать падения при наклоне вперед, Kp остается 0. Теперь балансировка должна стать стабильной.
3. Параметр Kd используется для компенсации включения и возврата к устойчивому положению.
В программе Terminal, вы можете выполнять различные команды «?».
? – Помощь при выборе команд
p,i,d [целочисленное значение] — Установите/Получите усиление ПИД-регулятора, значение от 0 до 255
r [целочисленное значение] – принудительное увеличение скорости двигателя, значение от -127 до 127
v – версия программного обеспечения
С помощью команды «p» вы получаете доступ к параметру Kp. Команда «p 10» позволяет установить Kp до значения 10.
После подачи питания на Arduino выполняется инициализация датчиков и переход в состояние ожидания. При нажатии нажимной кнопки происходит передача управляющего сигнала в контроллер СЕГВЕЯ, находящегося в вертикальном положении, который готов для активации двигателей для перемещения вперед или назад в зависимости от первоначального положения. С этого момента кнопку нужно держать нажатой постоянно, в противном случае двигатели выключатся, и контроллер перейдет в состояние ожидания. После достижения вертикального положения, контроллер ожидает сигнал концевого выключателя нагрузки “Водитель на месте”, который обычно нажимают ногой, когда водитель находится на платформе. После этого запускается алгоритм балансировки и происходит активация двигателей вперед или назад для того, чтобы остаться в вертикальном положении. Наклон вперед создает поступательное движение вперед и наоборот. Нахождение в наклоненном положении приводит к ускорению движения. Наклон в противоположном направлении приводит к снижению скорости. Для перемещения влево и вправо используйте ручку.
Шаг 6: Демо
Смотрите ниже видео готового устройства и спасибо за внимание!
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.
Материалы:
-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.
На следующем изображении показана система работы привода гироскутера.
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.
Согласно приведенной схеме была осуществлена вся провода в корпусе Сегвея. Так же в соответствии с таблицей приведенной ниже были подключены все выводы микроконтроллера Arduino к мостовой схеме управления двигателем, а так же к датчикам балансировки.
На следующей схеме, показано установленный горизонтально датчик наклона, датчик управления же был установлен вертикально по оси У.
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.
Что нам понадобится? Для начала – колеса, возьмем от тренажера для пресса. Редуктор на 12 вольт и на 160 оборотов в минуту. Powerbank на 15000 миллиампер часов. Чтобы можно было управлять транспортным средством, то есть поворачивать направо или налево, ускоряться и замедляться, будем использовать модули, которые уже использовали при изготовления самодельной газонокосилки. Так можно будет регулировать обороты двигателя. Соответственно, 2 модуля, 2 двигателя, 2 повербанка.
Два комплекта работают по отдельности. Положим, добавляем оборотов правому двигателю, сигвей будет поворачивать налево. Тоже самое, но зеркально, при повороте направо. Если добавить оборотов одновременно двум моторам, средство будет ускоряться.
Сначала установим редукторы. Для этого прикладываем по центру на фанерном листе, обводим контур и фрезой делаем углубление. Точно так же, как был прикреплен редуктор с левой стороны, делаем с противоположной.
Нужно вырезать несколько таких брусков и прикрутить по бокам. Это нужно, чтобы фанера не провисала.
Снимаем колеса и ставим на ось. Как вы может видеть, они отличаются друг от друга. Нужно изготовить предварительно две деревянные втулки. Будем использовать самодельный токарный станок по дереву. Получились две деревянные заготовки.
Вставляем заготовку. Сверлим отверстие и приклеиваем заготовку эпоксидной смолой. (Автор в конце ролика сделал поправку, читайте ниже).
Теперь будем изготавливать руль. Для этого будем использовать кусок канализационной трубы. От тренажера мы взяли рукоять. В верхней части фанеры проделаем отверстия, закрепим трубу и рукоять. У сегвея руль должен быть слегка под уклоном, поэтому проделали в фанере отверстие под уклоном и подрезали пластиковую трубу.
Все модули управления будут установлены на руле. Нужно протянуть 8 кусков проводов от руля к редукторам. Чтобы сверху они не торчали, предварительно делаем сквозное отверстие в трубе и просовываем провода.
И теперь снова нужно все проклеить эпоксидной смолой и подождать 24 часа. Колеса как оказалось, деформировались, эпоксидка оказалась не очень надежным материалом. Разобрал редукторы, снял валы и на них нарезал резьбу. Также просверлил отверстия в деревянных втулках. Вставил металлические втулки и теперь это все выглядит намного надежнее. Колеса также можно будет вкручивать очень крепко. Пластиковая труба показалась не совсем надежной, внутрь нее вставлен для укрепления черенок от лопаты.
Ставим 2 модуля в панель. Нужно просверлить дырки в трубе под резисторы. Остается приклеить кнопки с помощью термоклея. Провести провода к модулю, редукторам, Power банкам. Прикрутить колеса.
Для тех, кто опасается неправильно подключить провода, на модулях все детально расписано.
Сигвей будет также иметь спидометр для велосипеда. Тестовый вариант самодельного сигвея готов. Давайте его протестируем.
