0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

电子DIY奇才自造超炫赛格威平衡车

454398 来源:果壳网 作者:佚名 2015-07-07 09:30 次阅读

首先向大家表示歉意,去年发帖展示初代平衡车时就已经承诺编辑出一份制作说明,但一直未能完成,很是抱歉!

原因有四:

1、 太过粗糙,发出来确实有碍观瞻;

2、 上次做车没留下几张照片,无图无真相;

3、 一直工作比较繁忙,实在没能抽出时间;

4、 (接原因2)本意尽快再做一个,留下照片。但女皇迟迟不给批款,所以才延误至今!

此次为了完成自己的承诺,可是耗费了2月的零花钱。并且有视频有真相,希望您能喜欢。

原理简介

“赛格威”平衡车

“赛格威”(英语:Segway)是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具,是都市用交通工具的一种。由美国发明家狄恩·卡门与他的DEKA研发公司(DEKA Research and Development Corp.)团队发明设计,并创立思维车责任有限公司(Segway LLC.),自2001年12月起将思维车商业化量产销售。(资料来源:维基百科中文)

“赛格威”是一种让人留下深刻印象的代步工具,它占地不足一平方米,乘车人像使用滑板一样站立其上,双手解放,但却可以仅通过身体移动改变重心位置,就进行前进后退,转弯刹车等操作。传统的交通工具都无法做到随心而动,必须把大部分精力放在控制方向和速度上,而“赛格威”并不需要专门的操控装置,一切由车身自主完成,也由此获得了“平衡车”的别名。

“赛格威”平衡车看来神奇,但你有没有发现它的原理其实很简单呢?拜最新科技所赐,关键零件都可以在淘宝上直接买到,而控制程序也可以查阅原理自行编写。拥有自己的平衡车,其实非常简单。

倒立摆和机器人

“赛格威”的平衡问题,实际上是一个多级倒立摆问题。当一个人用手托住一根竹竿的底部使它在空中竖直不倒下,这就是一个一级倒立摆系统的模型。如果第一根竹竿上面用铰链连着其他竹竿,或者竹竿本身具有一定的弹性(可比拟“赛格威”上的有骨骼和关节的大活人),就成了多级倒立摆。

用手撑竹竿的游戏很多人都玩过,印象最深的应当是它是一个静不稳定系统。在桌面上的水杯能自己站稳,当重心投影落于杯底内时,即使有细小扰动也不会倒下。但是手心里的竹竿大部分时间重心投影不在接触点上,让竹竿保持相对不动靠的是动态调整——竹竿往哪边倒,手就赶紧往哪边凑,让重心回到接触点周围。这就是依靠人眼,大脑和人手完成的动态平衡过程。

人类的大脑在处理这类问题上有先天优势,因为人的走路过程本质上来说是不断前跌的过程,必须依靠实时伸出支撑脚转移重心来保证直立行进的动态平衡。而让机器人做到这一点就很困难,需要综合解决动态控制过程中的线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等诸多细节——所以至今见到的人形机器人里,能僵硬走路的很多,但能和真人一样上蹿下跳的绝无仅有。

两名民警驾驶“赛格威”单人警用巡逻车巡逻。图片来源:新华网

“赛格威”的动态平衡原理和倒立摆相同,将最上方的乘客作为摆臂,然后控制车轮维持系统重心使乘客直立。当驾驶人改变自己身体的角度往前或往后倾时,“赛格威”就会根据倾斜的方向前进或后退,而速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比以保持平衡。这里的一个巧妙设计是将乘客传感和控制二合一了——“赛格威”前进或后退维持平衡的同时,也达成了按乘客意图前进或后退的目的。最终,熟练的驾驶人可以和自己行走一样,仅凭直觉就能完成前后左右各方向的运动,同时解放双手和大脑思维,这一特点使“赛格威”特别适合游览和警用巡逻。

DIY自己的“赛格威”

和人类行走一样,“赛格威”的控制也需要传感器和致动器。它依靠MEMS技术制造的精密固态陀螺仪和加速度计感应车体的旋转,速度和倾斜,高速微处理器计算传感器数据,并驱动轮毂电机完成前进/后退/差速转弯的动作。而在电路之外,为了让它从实验室中的倒立摆变成实用的代步车,还需要准备一些必需的结构零件和附件。

机械部分

此次设计的机械机构包括一个简单的独立悬挂。缓冲部分直接采用自行车的避震器(需要更换弹簧),机体做得不很紧凑,主要为了能够拆卸折叠,便于收放和运输。(需要说明的是,结构已提交专利申请,请勿用于商业用途。)

整机材料很简单,两个独立驱动的轮子+电机驱动板+车身角度传感器+转弯传感器+电池+一个装下这些东西的盒子 。两个轮子、电机、避震器都是来自淘宝的成品。钣金和机加件为单独加工。

这里贴一些制作图片,详细的零件工程图列在最后。

整机外形

结构细节

电机安装部分

电机为优耐特电机,250W,24v/质量不好,不作推荐

电机法兰部分剖视

转向机部分:

整机背面


装配过程

锂电池

原设计为铅酸电池,后一朋友为我无偿提供了锂电池,在此再次表示感谢。

车铣加工

电机法兰安装

整体安装




电路部分

主控采用AVR的ATMEGA_32,电机驱动为H桥驱动方式,元件选用的IR2184和IRF1405。传感器选用IDG300和ADXL335,电流传感器为ACS755。另外还有一些外围的小功能,可有可无,不详述了。

控制驱动PCB图

传感器PCB图

PCB空板

焊接需要注意的就是——别太马虎就行。先焊低矮的元器件,再焊大个的!

焊接基本完成

连接电机测试

散热器:

遥控和语音模块

控制程序部分

这里就提一些关键部分,一些个人认为有用的代码附在最后。

流程图

车身角度获取

选用的传感器为模拟量输出,因此只需要用单片机的AD采集数据后计算出角度值即可,需要注意的是,采集后的数据直接使用效果会很糟糕。需要再次进行滤波计算,得到一个准确、及时、抗扰动的真实角度数据。调速过程中可以用串口将数据输出,辅助调试。

计算车轮速度

这里就是简单的PID控制车轮转速,如果不记得就百度看看。调试参数会花点时间,刚开始参数别调过大,否则抖动起来有危险!另外需要设置角度过大停机的功能。

获取转向数据

转向数据为采集转向电位器而来,采集后的数据进行滤波处理后再用。转向中间设置一个无效的死区,也是防止误动作。

遥控

遥控为最普通的4键遥控器,淘宝成品。

语音

语音选用成品语音模块,厂家提供完整说明文档。

温度

硬件原先选用18b20,很是遗憾这部分程序没调通,可能原因1:系统必须有多处中断,并且中断服务程序比较多,因而打乱了18b20的时序,加上没有示波器,因而没调通。可能原因2:智商问题。

尝试调试了近2小时无果后改用模拟量温度芯片LM35D,电压直接由电阻分压而来。

其余部分可自由发挥。

视频演示

无视频无真相,怕熊上门所以拍了一小段视频。

客厅实在太小,还放了些杂物,能够行走的地方就只有中间一小块了,跑不开。

友情提示:此车有一定危险性,不排除摔倒、失控等问题,在空地上玩玩就好,打算用来代步上班的,请给自己买好保险!

附件1:零件工程图

点击下载完整工程图(文件大小:6.15M)(本设计已提交专利申请,请勿用于商业用途。)


附件2:重点代码

2.1车身角度滤波代码

/************滤波************/

float P[2][2] = {{ 1, 0 },{ 0, 1 }};

float Pdot[4] ={0,0,0,0};

const char C_0 = 1;

float q_bias, angle_err, PCt_0, PCt_1, E, K_0, K_1, t_0, t_1;

float Q_angle=0.001, Q_gyro=0.003, R_angle=0.5, dt=0.01;

void Kalman_Filter(float angle_m,float gyro_m)

{

angle+=(gyro_m-q_bias) * dt;

Pdot[0]=Q_angle - P[0][1] - P[1][0];

Pdot[1]=- P[1][1];

Pdot[2]=- P[1][1];

Pdot[3]=Q_gyro;

P[0][0] += Pdot[0] * dt;

P[0][1] += Pdot[1] * dt;

P[1][0] += Pdot[2] * dt;

P[1][1] += Pdot[3] * dt;

angle_err = angle_m - angle;

PCt_0 = C_0 * P[0][0];

PCt_1 = C_0 * P[1][0];

E = R_angle + C_0 * PCt_0;

K_0 = PCt_0 / E;

K_1 = PCt_1 / E;

t_0 = PCt_0;

t_1 = C_0 * P[0][1];

P[0][0] -= K_0 * t_0;

P[0][1] -= K_0 * t_1;

P[1][0] -= K_1 * t_0;

P[1][1] -= K_1 * t_1;

angle += K_0 * angle_err;

q_bias += K_1 * angle_err;

angle_dot = gyro_m-q_bias;

}

//**************滤波*****************//

static float C_angle,C_angle_dot;

static float bias_cf;

void Complement_filter(float angle_m_cf,float gyro_m_cf)

{

bias_cf=0.998*bias_cf+0.002*gyro_m_cf;

C_angle_dot=gyro_m_cf-bias_cf;

C_angle=0.98*(C_angle+C_angle_dot*0.02)+0.02*angle_m_cf;

}

//***************************** 滤波结束*********************************/

2.2 转向数据处理代码

/************转向************/

void Steering_handle(void)

{

Buf= 0.9 *Buf + 0.1 * AD_Turn;

Turning= Buf -Turn_Zero; //

if(Turning 《- Turn_Dead) //死区

Turning+=Turn_Dead;

else if(Turning》 Turn_Dead)

Turning-=Turn_Dead;

else Turning= 0;

if (mode==0)

{

Drive_A=0;

Drive_B=0;

if (!(angle》0.1||angle《-0.1))

{

mode=1;

}

}

else

{

if(lab==0)

{

Turning=0;

}

else if (Turning》55||Turning《-55)//

{

Turning=0;

lab=3;// turn error

}

else //按车速整定转向数据

{

//buf2=Drivespeed;

//if (buf2《0)buf2*=-1;

//buf2/=3;

//Turning/=buf2;

Turning/=1;

}

Drive_A=Drivespeed-Turning;

Drive_B=Drivespeed+Turning;

}

}

//***************************** 转向结束*********************************/

2.3遥控部分状态机

/***********按键********/

#define BOOL int

#define FALSE 0

#define TRUE 1

#define INT8U unsigned int

/**********硬件接口***********/

#define KEYPIN1 (PINC&(1《《3))

#define KEYPIN2 (~PINB&(1《《0))

#define KEYPIN3 (~PINB&(1《《1))

#define KEYPIN4 (~PINB&(1《《3))

#define KEYPIN5 (~PINB&(1《《4))

/**********按恪键属性**********/

#define KEY_JT 0x0e

#define KEY_A 0x0d

#define KEY_B 0x0b

#define KEY_C 0x07

#define KEY_D 0x08

#define KEY_NULL 0x0f

//

#define KEY_LONG_PERIOD 250

#define KEY_CONTINUE_PERIOD 25

//

#define KEY_DOWN 0x80

#define KEY_LONG 0x40

#define KEY_CONTINUE 0x20

#define KEY_UP 0x10

//

#define KEY_STATE_INIT 0

#define KEY_STATE_WOBBLE 1

#define KEY_STATE_PRESS 2

#define KEY_STATE_LONG 3

#define KEY_STATE_CONTINUE 4

#define KEY_STATE_RELEASE 5

uchar KeyScan(void)

{

if(KEYPIN2==0) return KEY_A;

if(KEYPIN3==0) return KEY_B;

if(KEYPIN4==0) return KEY_C;

if(KEYPIN5==0) return KEY_D;

if(KEYPIN1==0) return KEY_JT;

return KEY_NULL;

}

void GetKey(uchar *pKeyValue)

{

static char KeyState = KEY_STATE_INIT;

static char KeyTimeCount = 0;

static char LastKey = KEY_NULL;

char KeyTemp = KEY_NULL;

KeyTemp = KeyScan();

switch(KeyState)

{

case KEY_STATE_INIT:

{

if(KEY_NULL!=(KeyTemp))

{

KeyState = KEY_STATE_WOBBLE;

}

}

break;

case KEY_STATE_WOBBLE:

{

KeyState = KEY_STATE_PRESS;

}

break;

case KEY_STATE_PRESS:

{

if(KEY_NULL!=(KeyTemp))

{

LastKey = KeyTemp;

KeyTemp|=KEY_DOWN;

KeyState = KEY_STATE_LONG ;

}

else

{

KeyState = KEY_STATE_INIT;

}

}

break;

case KEY_STATE_LONG:

{

if(KEY_NULL !=(KeyTemp))

{

if(++KeyTimeCount 》 KEY_LONG_PERIOD)

{

KeyTimeCount = 0;

KeyTemp|=KEY_LONG;

KeyState = KEY_STATE_CONTINUE;

}

}

else

{

KeyState = KEY_STATE_RELEASE;

}

}

break;

case KEY_STATE_CONTINUE:

{

if(KEY_NULL !=(KeyTemp))

{

if(++KeyTimeCount 》 KEY_CONTINUE_PERIOD)

{

KeyTimeCount = 0;

KeyTemp |= KEY_CONTINUE;

}

}

else

{

KeyState = KEY_STATE_RELEASE;

}

}

break;

case KEY_STATE_RELEASE:

{

LastKey |=KEY_UP;

KeyTemp = LastKey;

KeyState = KEY_STATE_INIT;

}

break;

default:break;

}

*pKeyValue = KeyTemp;

}

2.4电池电压

void Get_Batt_Volt(void)

{

int buf3=0,b=0;

buf3=0.9*buf3+0.1*AD_Batt;

if (b》10)

{

Voltage=buf3*3000.0/1024/65;

b=10;

}

else

{

b++;

}

}

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • DIY
    DIY
    +关注

    关注

    176

    文章

    883

    浏览量

    345666
  • 平衡车
    +关注

    关注

    7

    文章

    78

    浏览量

    26630
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    《新能源维修技术自学,链接汇总AI智能分类》4000案例

    收藏栏链接共享-新能源维修自学-4000案例 -html文件 详细见附件 [*附件:收藏栏链接共享-新能源维修自学-4000案例.zip] (注:可导入浏览器,在浏览器的收藏栏
    发表于 02-18 03:30

    ​广州新赛格电子城疑似停业,一个时代的落幕?

    近日,广州市内最大的电子元器件交易市场——新赛格电子城疑似停业,场地用作其他行业用途,现场照片显示已经清场。 图片来源:广工无线电社 新赛格电子
    的头像 发表于 11-28 07:45 469次阅读
    ​广州新<b class='flag-5'>赛格</b><b class='flag-5'>电子</b>城疑似停业,一个时代的落幕?

    电子DIY小制作

    简介:学会DIY小制作,带动对编程的兴趣,慢慢爱上编程,自我提高技术。
    发表于 11-15 14:32 0次下载
    <b class='flag-5'>电子</b>琴<b class='flag-5'>DIY</b>小制作

    DIY动手组装LED电子显示屏

    电子发烧友网站提供《DIY动手组装LED电子显示屏.doc》资料免费下载
    发表于 10-27 11:52 3次下载
    <b class='flag-5'>DIY</b>动手组装LED<b class='flag-5'>电子</b>显示屏

    四轴或者平衡的电源能够不用锂电池,用超级电容可以吗?

    求助下大佬,四轴或者平衡的电源能够不用锂电池,用超级电容可以吗
    发表于 10-18 06:46

    平衡设计所需全部资料

    平衡设计所需全部资料,包括控制部分、原理、软件、硬件设计等。大家可以一起学习,有问题可以直接向我咨询!
    发表于 10-09 06:30

    当前火的ARGB: 电竞键盘、LED景观照明等应用芯片

    当前火的ARGB: 电竞键盘、LED景观照明等应用芯片 火的ARGB应用: 在ARGB展示中,MG32F02V032芯片里面带一ASB总线,可控制4串ARGB灯条,就可呈现出酷变化的灯光
    发表于 08-29 15:37

    电动平衡UL2272测试报告所需资料及测试项目

    测试电动平衡
    jf_68417261
    发布于 :2023年08月15日 16:37:31

    ‍‍自行车平衡DIY:自行车平衡控制原理

    自行车是怎么平衡的,老外做过一个非常好的视频,这个视频很好地证明了常见的”角动量守恒”的说法是错误的,并且正确的说明了自行车平衡原理是和转向相关的,但没有具体指出平衡和转向的关系。
    发表于 06-25 15:26 535次阅读
    ‍‍自行车<b class='flag-5'>平衡</b><b class='flag-5'>DIY</b>:自行车<b class='flag-5'>平衡</b>控制原理

    DIY电子管放大器立体声pcb

    电子发烧友网站提供《DIY电子管放大器立体声pcb.zip》资料免费下载
    发表于 06-07 11:07 4次下载
    <b class='flag-5'>DIY</b><b class='flag-5'>电子</b>管放大器立体声pcb

    DIY电子管音响立体声功放Gerber

    电子发烧友网站提供《DIY电子管音响立体声功放Gerber.zip》资料免费下载
    发表于 06-07 10:53 6次下载
    <b class='flag-5'>DIY</b><b class='flag-5'>电子</b>管音响立体声功放Gerber

    设计一个平衡的电路需要考虑哪些因素?

      设计一个平衡的电路需要考虑以下几个方面:  电源:平衡需要使用高电压的电源,通常需要使用12V或24V的电源。为了安全起见,电源应该具有过压保护和过流保护功能。  控制器:
    发表于 04-20 14:11

    设计一个遥控平衡的电路

      设计一个毕业设计遥控平衡的电路需要考虑到多个因素,包括电池电压、遥控器发射功率、平衡传感器信号处理等。以下是一般的电路设计步骤:  确定电池电压和电池电流:首先需要确定
    发表于 04-19 10:58

    毕业设计深夜抢救中#毕业设计 #毕业设计作品 #平衡

    平衡
    Aye
    发布于 :2023年04月15日 00:16:56

    怎么设计一个遥控平衡电路呢?

      设计一个毕业设计遥控平衡的电路需要考虑到多个因素,包括电池电压、遥控器发射功率、平衡传感器信号处理等。以下是一般的电路设计步骤:  确定电池电压和电池电流:首先需要确定
    发表于 04-14 11:55