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就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

发布时间:2013-12-13 责任编辑:eliane

【导读】“快乐大本营”中女神刘亦菲骑着平衡车优雅飘过的靓影是不是给大家留下了深刻的印象呢?如果能拥有那样一款代步小车是不是很拉轰?但是看起来高端大气上档次的平衡车其实也能自己DIY哦。跟本文一起,DIY属于自己的平衡车,其实就那么简单!

“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,关键零件都可以在某宝上直接买到,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。

“赛格威”平衡车原理

“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。
就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

“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。
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DIY自己的“赛格威”平衡车

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。

平衡车机械部分

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。(要说明的是,结构已申请专利,请勿用于商业用途。)

就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车
 
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。
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平衡车整机外形。

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结构细节。

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电机安装部分。

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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。

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转向机部分。

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整机背面。

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装配过程。

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就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

锂电池仓。

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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。

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电机法兰安装。

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整体安装。

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就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

平衡车电路部分

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。

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传感器PCB图。

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PCB空板。

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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。

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连接电机测试。

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散热器。

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遥控和语音模块。

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控制程序部分

网友们的素质都很高,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。

就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

平衡车车身角度获取

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

就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

遥控为最普通的4键遥控器,某宝成品。
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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。

附:零件工程图清晰版工程图打包下载:http://bbs.cntronics.com/thread-230712-1-1.html

就那么简单!DIY属于自己的“赛格威”平衡车

最后附上几组重要代码,以供参考。点击下载“赛格威”平衡车重要代码

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