Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

DIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd Balansujący

felekfala 22 Aug 2012 22:41 59253 76
Testo
  • DIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd Balansujący

    Witam.
    Chciałbym zaprezentować pojazd, którego budowę ukończyliśmy w poprzednim semestrze z kolegami z Koła Naukowego Techniki Mikroprocesorowej w Energoelektronice. Pojazd to znany wszystkim Segway, który nazwaliśmy EPB (Elektryczny Pojazd Balansujący).
    Opis tego pojazdu (który załączyłem poniżej) został przygotowany na konferencję SECON 2012, więc nie będę się tu dodatkowo rozpisywał, proszę przejrzeć PDF w załączniku ;) Po prostu będę odpowiadał na ewentualne pytania.
    Pojazd wykonywany był po zajęciach jako praca dodatkowa w Kole Naukowym, gdzie każdy z nas musiał jeszcze wykonywać własną pracę mgr, więc nie wszystko zostało wykonane dokładnie tak, jakbyśmy sobie tego życzyli.

    Strona Koła Naukowego:
    Link

    Fotografie z prac, na prototypie układów sterujących oraz zrzuty z aplikacji (któraś z początkowych jej wersji) napisanej w LabVIEW:

    DIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd Balansujący DIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd BalansującyDIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd Balansujący DIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd Balansujący

    Do LabVIEW przesyłamy wybrane wielkości sterujące w naszym pojeździe.

    Film:



    Artykuł z opisem:

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    felekfala
    Level 19  
    Offline 
    Has specialization in: energoelektronika, napędy elektryczne, mikrokontrolery
    felekfala wrote 412 posts with rating 214, helped 22 times. Live in city Białystok. Been with us since 2004 year.
  • Testo
  • #2
    szympek;)
    Level 20  
    Dawid2157 wrote:
    Gratuluję świetnej roboty. Jakie są koszty wykonania ?


    Na YT w komentarzach jest napisane że coś ok.4 tyś. zł

    Podoba mi się ten projekt (wszystko ładnie, dopracowany...)

    pozdrawiam szympek;)

    ps. wszystkie elementy są nowe czy są też takie pochodzące z demontażu??
  • #4
    zuba1
    Level 13  
    Fajnie wyszło.Podoba mi się (chociaż najbardziej podoba mi się podświetlanie). Nie wiem co wam tak dużo wyszło elektronika ok 300zł silniki z oponami 500 metal 100zł max akumulatory ok 200zł. Powinniście się wyrobić w ok.1,5 tysiąca. Czy możecie napisać co pochłonęło te ok 3 tysiące ???
  • Testo
  • #5
    felekfala
    Level 19  
    Elektronika, energoelektronika, napędy, akumulatory to 1400zł. Reszta to mechanika częściowo wykonywana samemu częściowo np. spawanie usługa zamawiana. Nie skupiałbym się tak dokładnie na kosztach bo ciężko je ocenić z tego względu, że cześć zakupów była wykonywana pół roku przed rozpoczęciem prac w tedy np. nasze silniki kosztowały 170zł. Skrupulatnie dokupywaliśmy część rzeczy, czasami pomysły się zmieniały i coś zostało nie wykorzystane (z przeznaczeniem na następny projekt) także koszty ciężko dokładniej ocenić.
    W przeciwieństwie do projektów z gotową elektroniką i energoelektroniką np. z Zzaag my wykonywaliśmy wszystko samemu, co dodatkowo zwiększa koszty z tego powodu że jest to prototyp.

    Prepond wrote:
    pewnie robili to kilka miesięcy a podczas takich konstrukcji sporo się pije, dlatego wyszło tak dużo... teraz rozumiem te podziękowania w pdfie dla dziekana:) Trafiłem?

    Wszystkie zakupy wykonywane są jako zamówienia publiczne więc ciężko jest co cokolwiek przepić.

    Zamiast o cenie lepiej porozmawiać o aspektach technicznych, wyznaczaniu kata, o regulatorach prądu których nie ma np w Zzaag)
  • #6
    djoy
    Level 15  
    Co do kosztów to się tak wydaje, że tanio powinno wyjść, ale jak się pozbiera wszystkie szczegóły i drobiazgi o których w ogólnym pojęciu się nie myśli to właśnie taka kwota wychodzi jak wychodzi. No i część mechaniczna jak kolega wyżej napisał to była usługa zamawiana (miedzy innymi spawanie aluminium), co też dodatkowo kosztuje.
  • #7
    Krzysiek99
    Level 27  
    Tylko pozazdrościć. Ciekawy jestem jak szybko możecie się tym poruszać ?
  • #9
    felekfala
    Level 19  
    kotuniunia wrote:
    Wszystko fajne,,a co to tak powoli hula? Moja babka z loseckom chytrzy zapyla. Moim zdaniem te urządzenia to tylko pokazówki,ewentualnie jak się komuś miednica zatrzaśnie podczas sesji komputerowej. Wolę rower. Mimo wszystko doceniam wkład pracy.

    Czy ja wiem czy tak wolno, owszem przyśpieszenie może nie jest duże ale na długiej prostej można uzyskać te mniej więcej 18 km/h, a ze względów bezpieczeństwa z prędkością lepiej nie przesadzać.

    Hoptymista wrote:
    ŁoŁ to chyba najlepsze diy na elektrodzie jakie widziałem.
    Jakie macie akumulatory?
    Ile waży?
    Jaki procek?
    jakie sterowniki silników? Jakieś mostki czy może regle modelarskie?
    Ile to robiliście?
    Ile macie tam tych diod? I ile prądu one same ciągną :)?
    Te silniki to na 24V, tak?


    W zasadzie większość tych informacji jest w załączonym pdf-ie zachęcam do jego przejrzenia ;) .
    Tak pokrótce:

    - co do wagi to już nie pamiętam muszę kolegi zapytać ale więcej niż 30 kg.
    - STM32F103RB
    - przekształtnik mostkowy dwu gałęziowy tzw. "mostek H"
    - 1m Linijki LED (nikt nie liczył ilości diod ale są 3 LEDy na segment), napięcie znamionowe linijki to 12V my zasilamy ją z 9V gdzie przy takim napięciu całkowity pobór prądu to ok. 50mA. Także nie wiele, a to taki wodotrysk :P .
    - silniki na 36V.
    - główne prace trwały cały semestr zimowy, ale w semestrze letnim wykonywana była kosmetyka
  • #10
    opu
    Level 10  
    jaki ma zasięg lub czas pracy? dało by rade wyciągnąć 30 km/h? w czyje ręce poszedł projekt kilka osób robiło wszyscy wyłożyli kasę a tu jeden projekt :D i każdy chciał by go mieć :D
  • #12
    felekfala
    Level 19  
    Jeśli chodzi o dystans to robiliśmy w zasadzie jeden test i wyszło, że pojazd przejechał ok 10km i akumulatory nie były jeszcze całkowicie rozładowane, więc może przejechałby 12km.
    Podczas czegoś w rodzaju dni otwartych pojazd był używany (nie koniecznie jazda) przez 6h, ale co jakiś czas był doładowywany i miał łącznie 1h przerwy. Napięcie na akumulatorach wynosiło wtedy ok 39V.
    Ponieważ pojazd finansowany był z funduszy wydziału dlatego został na uczelni.

    bystryldz wrote:
    Ile trwa jego ładowanie?

    Zastosowaliśmy akumulatory żelowe o pojemności 14 Ah. Połączone są szeregowo więc pojemność nie zmienia się i wynosi łącznie 14 Ah, ale do rzeczy w zasadzie przy zachowaniu zalecenia o ładowaniu prądem 10h tyle trwa też czas ich ładowania.

    Edit: Przerzucam zdjęcia do pierwszego posta.
  • #13
    telecaster1951
    Moderator of Acoustics
    felekfala wrote:
    Ponieważ pojazd finansowany był z funduszy wydziału dlatego został na uczelni.
    Dużo się z przetargami bawiliście ?
    Widzę że sporo osób uważa, że autor sam wyłożył pieniądze na to. Każdy projekt wykonywany w ramach SKN, prac wolontariackich itp. jest finansowany z środków uczelni, wydziału, instytutu/katedry/zakładu.
    Ja mam do Ciebie pytanie niekoniecznie odnoście samego pojazdu a o kwestię formalną.
    Jest to Wasz własny projekt, czy był wzorowany na istniejących urządzeniach ? Staracie się o uzyskanie patentu ?
  • #14
    felekfala
    Level 19  
    telecaster1951 wrote:
    felekfala wrote:
    Ponieważ pojazd finansowany był z funduszy wydziału dlatego został na uczelni.
    Dużo się z przetargami bawiliście ?
    Widzę że sporo osób uważa, że autor sam wyłożył pieniądze na to. Każdy projekt wykonywany w ramach SKN, prac wolontariackich itp. jest finansowany z środków uczelni, wydziału, instytutu/katedry/zakładu.
    Ja mam do Ciebie pytanie niekoniecznie odnoście samego pojazdu a o kwestię formalną.
    Jest to Wasz własny projekt, czy był wzorowany na istniejących urządzeniach ? Staracie się o uzyskanie patentu ?


    Z pozyskaniem funduszy nie było tak źle, a na zamówienie publiczne do kwoty pewnej kwoty (chyba 1000zł) nie jest na szczęście organizowany przetarg.
    Ponieważ nasze Koło Naukowe zajmowało się wcześniej tematyką ściele związaną z energoelektroniką. Zbudowaliśmy np. trójfazowy falownik małej mocy ale że jest to urządzenie omawiane także na zajęciach to nasz Opiekun wyszedł z inicjatywa by zbudować taki pojazd.
    Co rozumiesz przez "własny projekt" bo jeśli chodzi Ci o samą idę poruszania to jak wiadomo jest to znany wszystkim Amerykański Segway. Jeśli natomiast chodzi Ci o rozwiązania które tam użyliśmy to nie wzorowaliśmy się na żadnych, są to nasze pomysły i realizacja. Z patentem to chyba nie da się go na to uzyskać bo Segway jest już opatentowany.
  • #15
    telecaster1951
    Moderator of Acoustics
    felekfala wrote:
    Co rozumiesz przez "własny projekt" bo jeśli chodzi Ci o samą idę poruszania to jak wiadomo jest to znany wszystkim Amerykański Segway.
    Sama idea jest starsza od Segwaya.
    felekfala wrote:
    Jeśli natomiast chodzi Ci o rozwiązania które tam użyliśmy to nie wzorowaliśmy się na żadnych, są to nasze pomysły i realizacja. Z patentem to chyba nie da się go na to uzyskać bo Segway jest już opatentowany.
    Ale Wy nie skopiowaliście Segwaya tylko zrobiliście własne urządzenie. Ja bym proponował się skontaktować z uczelnianym zespołem radców prawnych. Ciężko nazwać podróbką coś, co jest zaprojektowane od podstaw a wspólna z czymś innym jest tylko idea działania.
  • #16
    kuba2509
    Level 14  
    Witam
    Zamierzacie upublicznić materiały do budowy Waszego projektu?
  • #17
    User removed account
    User removed account  
  • #18
    felekfala
    Level 19  
    telecaster1951 wrote:
    Ale Wy nie skopiowaliście Segwaya tylko zrobiliście własne urządzenie. Ja bym proponował się skontaktować z uczelnianym zespołem radców prawnych. Ciężko nazwać podróbką coś, co jest zaprojektowane od podstaw a wspólna z czymś innym jest tylko idea działania.

    Będziemy musieli o tym z kolegami pomyśleć. Między innymi na razie dla tego nie upubliczniamy naszego projektu. Za to jeśli chodzi o jakieś bardziej szczegółowe pytania to mogę spróbować odpowiadać.
  • #19
    misiupan
    Level 35  
    Witaj, co myślisz o użyciu 2 silników z wózka inwalidzkiego wraz z jego elektroniką opartą na sterowaniu dżojstikiem?

    Do tego dobudować moduł z cpu i akcelerometrem.

    Mam taki zestaw silników i powoli przymierzam się do budowy. Posiadam płytę z stm32 i wyświetlaczem dotykowym, myślę że idealnie nada się jako sterownik i wyświetlacz np. napięcia czy prędkości.
  • #20
    djoy
    Level 15  
    Mogą się nadać, jeśli mają wystarczającą moc, także kombinuj ;) A do sterowania oprócz akcelerometru potrzebujesz jeszcze żyroskopu.
  • #21
    felekfala
    Level 19  
    misiupan wrote:
    Witaj, co myślisz o użyciu 2 silników z wózka inwalidzkiego wraz z jego elektroniką opartą na sterowaniu dżojstikiem?

    Do tego dobudować moduł z cpu i akcelerometrem.

    Mam taki zestaw silników i powoli przymierzam się do budowy. Posiadam płytę z stm32 i wyświetlaczem dotykowym, myślę że idealnie nada się jako sterownik i wyświetlacz np. napięcia czy prędkości.


    Jakiej mocy są te silniki? Nasi następcy z koła będą zmieniać silniki na 750 W, ale to dla tego że nasza konstrukcja jest dosyć masywna.
    Jeśli będziesz mógł się podłączyć do ich sterowania to jak najbardziej, w zasadzie pod sam dżojstyk będziesz się mógł prawdopodobnie podłączyć.
    Sam akcelerometr nie wystarczy będziesz jeszcze musiał dodać żyroskop. Wyświetlacz też się na pewno przyda, poza wyświetlaniem prędkości i napięcia może być potrzebny przy projektowaniu by wysłać newralgiczne wielkości takie jak kąt bądź wyjście z regulatora. My do do tego wykorzystaliśmy nadajnik Bluetooth i środowisko LabVIEW.
  • #22
    misiupan
    Level 35  
    Silniki z przekładnią, myślę że o mocy co najmniej po 500 wat, nie sprawdzałem jeszcze po modelu. Wózek wraz z osobą żwawo sobie radził :) Póki na złom nie trafił. Jakie dać koła? Myślałem o takich od skutera 10-12 cali. Im większe tym lepiej? Mam na myśli zużycie energii i stabilność.
  • #23
    Robert2307
    Level 13  
    felekfala wrote:
    akumulatory to 1400zł.

    1400zł za akumulatory żelowe??
    Albo coś ci się pomyliło albo ładnie przepłaciłeś :D
  • #24
    felekfala
    Level 19  
    Robert2307 wrote:
    felekfala napisał:
    akumulatory to 1400zł.

    1400zł za akumulatory żelowe??
    Albo coś ci się pomyliło albo ładnie przepłaciłeś :D

    Wyrwałeś ze zdania tylko jego część, bo ja napisałem tak:
    felekfala wrote:
    Elektronika, energoelektronika, napędy, akumulatory to 1400zł.

    Trzy akumulatory kosztowały ok 340 zł z wysyłką. Proszę czytać ze zrozumieniem.
    misiupan wrote:
    Silniki z przekładnią, myślę że o mocy conajmniej po 500 wat, nie sprawdzałem jeszcze po modelu. Wózek w raz z osobą żwawo sobie radził :) Póki na złom nie trafił. Jakie dać koła? Myślałem o takich od skutera 10-12 cali. Im większe tym lepiej? Mam na myśli żużycie energi i stabilność.


    Koła na pewno muszą być w miarę szerokie by stabilnie nim się jechało, jeśli będą zbyt szerokie to opory toczenia będą spore ale nie przesadzajmy stabilność jest ważniejsza. Te od skutera jak najbardziej powinny się nadać. Ważną sprawą jest duża wartość przekładni by mieć sporą wartość momentu napędowego już na kole.
  • #25
    szympek;)
    Level 20  
    Przyznając się bez bicia że nie czytałem pdf'a zapytam jak jest zrealizowane sterowanie?
    Tzn. jaki jest czujnik pod tą rurą -"kierownicą"?? Potencjometr czy co??
  • #26
    djoy
    Level 15  
    Quote:
    "...zapytam jak jest zrealizowane sterowanie?
    Tzn. jaki jest czujnik pod tą rurą -"kierownicą"?? Potencjometr czy co??"

    Jeśli chodzi Ci o skręcanie to zgadłeś, tak potencjometr ;)
  • #27
    Co_pat
    Level 15  
    Gratuluje realizacji projektu, a szczególnie jego zakończenia. Sam buduję coś podobnego z trochę bardziej zaawansowanym systemem sterowania: DIY SEGWAY - Elektryczny Pojazd Balansujący.
    Niestety mam problemy z sterowaniem silnikami. Zbudowałem mostki H z driverem HIP na N mosfet IRF1405 i niestety strzelają.
    Czy mógłbyś napisać coś więcej o Waszych sterownikach silników?
  • #28
    H3nry
    Level 32  
    Cytat z dokumentacji
    "Istotnym problemem, który nie został jeszcze rozwiązany, jest kwestia ładowania baterii. Docelowo pojazd ma być wyposażony w układ energoelektroniczny umożliwiający ładowanie baterii z sieci 230VAC."
    Wystarczającym rozwiązaniem do tego celu będzie ładowarka oparta na przetwornicy .Gotowe na to napięcie spotkałem w zestawach do skutera hybrydowego( pojemności akumulatorów były podobne).
    Czy mierzona była sprawność całego układu ?
  • #29
    felekfala
    Level 19  
    Co_pat wrote:

    Gratuluje realizacji projektu, a szczególnie jego zakończenia. Sam buduję coś podobnego z trochę bardziej zaawansowanym systemem sterowania:

    Można wiedzieć co to za system będzie?

    Co_pat wrote:
    Niestety mam problemy z sterowaniem silnikami. Zbudowałem mostki H z driverem HIP na N mosfet IRF1405 i niestety strzelają.
    Czy mógłbyś napisać coś więcej o Waszych sterownikach silników?

    Też stosowywaliśmy te tranzystory i też nam strzelały. Z jakiego napięcia zasilasz część silnoprądową? Ważne jest by blisko tranzystorów były kondensatory tzw. snubery. Drugą ważna sprawą jest to że maksymalne napięcie Uds (w nocie to VDS) lepiej dać taki tranzystor by było one sporo większe od napięcie zasilania. Trzecia sprawa to taka że diody zwrotne w mosfetach nie należą do najszybszych (w zasadzie są to diody pasożytnicze) te w IGBT w większości mają lepsze parametry być może dla tego że są dodawane specjalnie. My po zastosowaniu tranzystorów IGBT pozbyliśmy się wszystkich problemów z uszkodzeniami. W naszym przypadku układ w stanie jałowym dobrze działał na mosfetach a dopiero po sprzężeniu napędów z kołami dały o sobie znać tranzystory.

    Jeśli chodzi Ci o ogólną budowę to my sterujemy tranzystorami z mikrokontrolera, który załatwia nam problem czasów martwych poprzez optodrivery (górne zasilane z przetwornic DC/DC).
    Sterowanie silnikami polega na kontroli i regulowaniu prądu zadanego z regulatora. Prąd est kontrolowany oddzielnie na każdym silniku przez regulator PI i na wyjściu PWM.

    Cytat z dokumentacji
    "Istotnym problemem, który nie został jeszcze rozwiązany, jest kwestia ładowania baterii. Docelowo pojazd ma być wyposażony w układ energoelektroniczny umożliwiający ładowanie baterii z sieci 230VAC."
    Wystarczającym rozwiązaniem do tego celu będzie ładowarka oparta na przetwornicy .Gotowe na to napięcie spotkałem w zestawach do skutera hybrydowego( pojemności akumulatorów były podobne).

    Pisząc układ energoelektroniczny myśleliśmy właśnie o przetwornicy :) Takie rozwiązanie chwieliśmy zastosować, ale nie starczyło nam czasu. Z tym, że wszystko staramy się budować od podstaw samemu więc gotowego układu nie zastosujemy, zresztą nikt już z nas pewnie tego robić nie będzie bo w tym roku skończyliśmy studia.

    H3nry wrote:
    Czy mierzona była sprawność całego układu ?

    Nie sprawność nie była mierzona.

    nelik1987 wrote:
    Jaka jest przekładnia pomiędzy kołem a silnikiem.

    Z tego co pamiętam przekładnia wynosi 1:8.
  • #30
    Co_pat
    Level 15  
    felekfala wrote:
    Co_pat wrote:

    Gratuluje realizacji projektu, a szczególnie jego zakończenia. Sam buduję coś podobnego z trochę bardziej zaawansowanym systemem sterowania:

    Można wiedzieć co to za system będzie?

    Co_pat wrote:
    Niestety mam problemy z sterowaniem silnikami. Zbudowałem mostki H z driverem HIP na N mosfet IRF1405 i niestety strzelają.
    Czy mógłbyś napisać coś więcej o Waszych sterownikach silników?

    Też stosowywaliśmy te tranzystory i też nam strzelały. Z jakiego napięcia zasilasz część silnoprądową? Ważne jest by blisko tranzystorów były kondensatory tzw. snubery. Drugą ważna sprawą jest to że maksymalne napięcie Uds (w nocie to VDS) lepiej dać taki tranzystor by było one sporo większe od napięcie zasilania. Trzecia sprawa to taka że diody zwrotne w mosfetach nie należą do najszybszych (w zasadzie są to diody pasożytnicze) te w IGBT w większości mają lepsze parametry być może dla tego że są dodawane specjalnie. My po zastosowaniu tranzystorów IGBT pozbyliśmy się wszystkich problemów z uszkodzeniami. W naszym przypadku układ w stanie jałowym dobrze działał na mosfetach a dopiero po sprzężeniu napędów z kołami dały o sobie znać tranzystory.

    Jeśli chodzi Ci o ogólną budowę to my sterujemy tranzystorami z mikrokontrolera, który załatwia nam problem czasów martwych poprzez optodrivery (górne zasilane z przetwornic DC/DC).
    Sterowanie silnikami polega na kontroli i regulowaniu prądu zadanego z regulatora. Prąd est kontrolowany oddzielnie na każdym silniku przez regulator PI i na wyjściu PWM.


    Jeżeli chodzi o sterowanie to na inżynierkę zrobiłem hierarchiczny system sterowania. W skrócie filtr Kalmana do estymacji kąta odchylenia pojazdu potem PID z adaptacją parametrów ( prostą, na podstawie aktualnego kąta odchylenia ) odpowiedzialny za utrzymanie pojazdu w pozycji pionowej, a "pod nim" dwie niezależne regulacje kaskadowe PI - PI kontrolujące prace silników.
    Dalej planuje regulacje ze sprzężeniem od stanu lub fuzzy.

    Część silnoprądowa jest zasilana z pakietu li-pol 11Ah ~22V. Były snubbery RC i dodatkowe diody, ale nie pomogło.
    A możesz napisać jaki dokładnie macie tranzystory i optodrivery? Może jakiś przykładowy schemat?