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Monopatín autoequilibrado / segw * y Project Arduino Shield

julio 11, 2021
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GRAMOEscudo Arduino de propósito general para máquinas de autoequilibrio.

¿Por qué lo hice?
Anteriormente hice un Instructable en 2010 sobre cómo construir una patineta con autoequilibrio.
https://www.instructables.com/id/Easy-build-self-balancing-skateboardrobotsegway-/

Hay más de 500 comentarios sobre esto y muchos expresan confusión al configurar los sensores de equilibrio, el software y la electrónica. Además de eso, las unidades de medición inercial de salida analógica que estaban comúnmente disponibles dejaron de fabricarse.

Todos mis proyectos de autoequilibrio están ahora en mi canal de Youtube aquí: Hacer clic

Aquí, he tomado una IMU analógica oscura de bajo precio que todavía se fabrica en China, que ESTÁ disponible en eBay, y usé un “escudo” de prototipos Arduino para montar TODAS las piezas, incluido un cable a un controlador de mano básico (por dirección y ajuste fino del punto de equilibrio) y un cable con solo 2 alambres que se conecta a un controlador de potencia del motor “Diente de Sable” de 2 x 25 amperios.
He intentado que la construcción sea lo más fácil y, en particular, no confusa como sea posible.
NOTA Diciembre de 2013: Incluso estos se están volviendo raros ahora, pero acabo de encontrar la serie “Grove” de sensores analógicos de Seedstudio y agregué detalles de contacto en la página 6.

En esencia, una renovación completa del sistema de control, lo que simplifica la construcción al mismo tiempo.

NOTA (marzo de 2014): finalmente hice algo similar a esto que realmente funciona con una IMU DIGITAL moderna de Sparkfun, el sensor 6dof, código No: SEN-10121. Tiene su propio Instructable nuevo aquí:
https://www.instructables.com/id/Arduino-Self-Balance-Controller-using-DIGITAL-IMU-/

NOTA (diciembre de 2014): También hice un Instructable usando el mismo Sparkfun IMU digital en un scooter autoequilibrado. Este instructivo está más actualizado y tiene el diagrama de circuito y el código más reciente aquí:

https://www.instructables.com/id/Raleigh-Chopper-inspired-self-balancing-scooter/

He incluido los conceptos básicos de cómo conectar esto al controlador de potencia del motor Sabertooth, que es un controlador de potencia de robot comercial listo para usar, cómo alimentar el Sabertooth y cómo conectarle los motores. Para obtener una explicación realmente detallada del lado mecánico de la construcción, eche un vistazo a mi Instructable original de 2010, vinculado en la parte superior de esta página de introducción.

Se utiliza un giróscopo para el equilibrio (filtro complementario con acelerómetro). Otro giróscopo mide la velocidad de rotación lateralmente (por ejemplo, al girar).
Esto proporciona otra característica útil de forma gratuita; cuando funciona en línea recta, si detecta una rotación lateral a más de 10 grados por segundo, cambiará la potencia de los motores para resistir este efecto. Por ejemplo, los motores a menudo tienen una fricción diferente, por lo que cuando reduce la velocidad hasta detenerse, uno se detiene antes que el otro y gira. Esta característica evita que eso suceda y significa que las ruedas se pueden montar bastante juntas.
Mira este video http://www.youtube.com/watch?v=FEaTxahyQxc y verá que esto sucede a los 0.51 minutos, el giroscopio de repuesto se usa para reducir este efecto.

NOTA: Añadido el 15/03/14. Para aquellos que puedan lograr tener uno de los viejos, ya no disponibles, Sparkfun 5d de IMU analógicas, acabo de adjuntar el mismo código que está escrito en este Instructable para el IMU chino, al paso 30 pero con las ganancias cambiadas para el giroscopio a Se adapta al viejo IMU Sparkfun analógico 5dof.

Lista de piezas principales

www.maplin.com número de pieza GBP US $

N39KR RockerSwitch 2,39 3,62
N39KR RockerSwitch 2,39 3,62
Microinterruptor GW72P con palanca 2,49 3,77
FH04E Interruptor de palanca submin. 2,79 4,23
Caja de proyecto 3.79 5.74

XR27E Cable multinúcleo de 9 vías 5,14 7,79
Cable apantallado de 2 hilos 0,99 1,50
N30KU Arduino Uno 24,99 37,86
N35KU Arduino protoshield 14,99 22,71
IMU analógico 5DOF 17,81 26,99
NOTA: Lista de vendedores de esta actualización el 25 de agosto de 2013 (consulte el Paso 6 para ver la lista)
4 x LED 2,56 3,88
_________________________________________________________
80,33 121,71

Clip de vídeo

Video de la última patineta autoequilibrada en acción usando esta IMU y este código

Paso 1: Ensamblaje completo con controlador de mano

Conjunto completo con controlador de mano

Este Instructable asume que conoce los conceptos básicos de cómo cargar un programa o “boceto” en un microcontrolador Arduino y también sabe cómo soldar.

Consejo:
Incluso si cree que puede ver bien, un par de lupas o viseras de aumento como se venden en muchas tiendas de pasatiempos hacen una gran diferencia al soldar piezas muy pequeñas y probablemente le duren toda la vida.

El Shield tiene pines largos que le permiten empujarlo sobre el Arduino cuando se completa. Tenga cuidado de doblar algunos de ellos tan fácilmente como lo hace. Tiene una rejilla cuadrada de agujeros de soldadura en la que puede montar sus propios componentes. Montaré mi IMU, mis luces indicadoras LED y los cables al controlador del motor dientes de sable y el controlador manual de forma segura también.

El escudo está arriba a la izquierda en esta fotografía. Arduino UNO está abajo a la izquierda. Controlador de mano, que también haremos en la parte inferior derecha.

Paso 2: Diseño de construcción general de la máquina

Disposición de construcción general de la máquina

Esta es solo una guía sobre cómo podría diseñar la mecánica de una máquina como esta usando baterías selladas de plomo-ácido y dos unidades de tracción trasera de un scooter eléctrico para niños accionado por cadena.
Consulte mi Instructable anterior de 2010 para ver un ejemplo de cómo organizar las mecánicas.

https://www.instructables.com/id/Easy-build-self-balancing-skateboardrobotsegway-/

Paso 3: Disposición de las piezas principales

Disposición de las piezas principales

Arduino Uno
Protoshield Arduino (o algo muy similar)
Cable con al menos 6 cables en el interior (el mío era de 9 núcleos de hecho).
Soporte de batería para 6 pilas AA de 1,5V.
Dos interruptores basculantes que volver a la posición media en un resorte cuando los suelte

Un microinterruptor con palanca de metal que usaremos como nuestro interruptor de hombre muerto (cuando lo sueltas se corta toda la energía a los motores).
Pequeño interruptor de encendido / apagado que conecta la caja de la batería al Arduino.
Conector para la caja de la batería.

Caja de proyecto de plástico con la que haremos nuestro controlador de mano.

Paso 4: Hacer el escudo

Haciendo el escudo

Cerca del escudo.

La IMU está montada verticalmente, más sobre esto más adelante (más cables en esta foto inicial de los que eventualmente necesité).

Disponemos de 4 LED indicadores.

El cable multinúcleo del controlador de mano se encuentra en la parte inferior izquierda.

El cable de 2 núcleos al controlador de potencia del motor Sabertooth sale de la placa en el centro a la derecha.

El escudo se apila encima del Arduino.

Paso 5: Pines de encabezado en ángulo recto de IMU

Pines de encabezado en ángulo recto IMU

En la foto anterior, la IMU se montó verticalmente en el Shield. Esto se debió a que utilicé pines de cabezal en ángulo recto para montarlo, que vienen convenientemente con la IMU.

Los extremos largos atraviesan el borde de la placa con orificios para soldar a lo largo, los extremos cortos atraviesan los orificios del prototipo.

Paso 6: Cómo conectaremos la IMU

Cómo conectaremos la IMU

No quedan muchas IMU de salida analógica por ahí.

Aquí está el único que parece estar todavía hecho.

Estado de IMU (actualizado el 25 de agosto de 2013). Situación en constante cambio ………………….
Lo que necesita para que este software funcione sin alteraciones es una IMU analógica que contiene un giroscopio IDG655 y un acelerómetro ADXL335.

Este es el original que especifiqué cuando escribí el instructable. Sin embargo, ahora quedan 6 y el precio se ha cuadriplicado a $ 96,99 (gracias chicos)
http://www.ebay.com/itm/181004141876?ssPageName=STRK:MEWNX:IT&_trksid=p3984.m1439.l2649

Este se ve bien en aprox. $ 17 pero tenga en cuenta que el “envío y manejo” es de $ 100 (!) Gracias de nuevo.
http://www.ebay.com/itm/1PC-5DOF-IDG655-ADXL335-Accelerometer-Dual-axis-Gyro-Instrument-Module/360673380095?rt=nc&_trksid=p2047675.m1851&_trkparms=aid%3D222002%26algo%3DSIC. FIT% 26ao% 3D1% 26asc% 3D17214% 26meid% 3D818663122151966103% 26pid% 3D100005% 26prg% 3D8039% 26rk% 3D3% 26rkt% 3D5% 26sd% 3D181004141876% 26

Este está bien, pero está agotado.
http://www.dhgate.com/product/gy-66-idg655-adxl335-module-5dof-module-twin/156501775.html

Los que parecen estar disponibles actualmente a un precio razonable:

GY – 66 5 dof módulo de sensor de giroscopio analógico biaxial IDG655 ADXL335
$ 17.59 No se envía al Reino Unido, se envía a otro lugar.
http://www.ebay.com/itm/GY-66-5-dof-biaxial-analog-gyroscope-sensor-IDG655-ADXL335-module-/181115375225

GY-66 IDG655 ADXL335 Módulo 5DOF Módulo Sensor de giroscopio de cantidad analógica de doble tornillo Envío gratis
$ 14.28
http://www.aliexpress.com/store/product/GY-66-IDG655-ADXL335-Module-5DOF-Module-Twin-Screw-Analog-Quantity-Gyroscope-Sensor-Free-Shipping/406986_729113614.html

Este se ve bien. Se envía a Reino Unido, EE. UU., Etc.
$ 22.20
http://dx.com/p/gy-66-5dof-idg655-adxl335-double-shaft-analog-quantity-gyroscope-sensor-module-blue-232963

Aquí está de nuevo a $ 24,71
http://www.goodluckbuy.com/gy-66-5dof-dual-axis-analog-gyroscope-sensor-module-idg655-adxl335.html

NOTA Diciembre de 2013: Acabo de encontrar la serie “Grove” de sensores analógicos de Seedstudio. Detalles abajo. Los factores de escala en el software pueden necesitar ajustes, pero al menos todavía están disponibles para comprar:
Acelerómetro analógico de 3 ejes
http://www.seeedstudio.com/wiki/Grove_-_3-Axis_Analog_Accelerometer
Compre aquí:
http://www.seeedstudio.com/depot/grove-3axis-analog-accelerometer-p-1086.html
y aquí:
http://www.dawnrobotics.co.uk/grove-3-axis-analog-accelerometer-adxl335/?gclid=CNDQ9fzmqLsCFSoewwod7gYA_w

También hacen un acelerómetro analógico de 3 ejes:
Compre aquí:
http://www.seeedstudio.com/depot/grove-single-axis-analog-gyro-p-1451.html
y aquí:
http://www.dawnrobotics.co.uk/grove-single-axis-analog-gyro/

También los encontré (17 de diciembre de 2013)
Estos también parecen tenerlos en stock:
http://www.dawnrobotics.co.uk/grove-single-axis-analog-gyro/?gclid=COyekqahuLsCFRMRtAodlVMAQA

Aquí hay uno de Italia (marzo de 2014 en stock):
http://www.robot-italy.com/it/gyro-breakout-board-lpy503al-dual-30-s.html

Este también podría funcionar, quedan 10 en eBay.
http://www.ebay.co.uk/itm/Single-axis-gyroscope-analog-gyro-module-ENC-03MB-module-For-Arduino-MWC-/180956189552?_trksid=p2054897.l4275

Aquí hay un giroscopio analógico de doble eje (febrero de 2014):
http://www.rhydolabz.com/index.php?main_page=product_info&products_id=1328
Tenga en cuenta que es un montaje en superficie, por lo que la soldadura de cables necesitará lupas y una mano muy firme.

Solo necesitas un giróscopo para equilibrar. Utilizo el segundo para la estabilidad de la dirección, pero ese no es esencial (o compro 2 giroscopios de un solo eje.

El acelerómetro se puede comprar por separado:

Ejemplo aquí:
http://www.ebay.co.uk/itm/ADXL335-3-axis-Analog-Output-Accelerometer-Module-angular-transducer-/281048570799?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item416fccdbaf

Vea cómo el original que usé se conectó al Arduino a través del protoshield:

La alimentación a la conexión VCC es 3.3V desde el pin Arduino 3.3V, NO el pin 5V que hará explotar los giroscopios, lo sé, lo he hecho antes. Tenga cuidado, estos pines y GND están muy juntos en el Arduino y los respectivos pines de protoshield, no permita que se formen puentes de soldadura …

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