Балансирующий борд (self-balancing skateboard) — самобалансирующий одноколёсный скейтборд.
Другое название: балансирующий одноколесный скутер.
Изобрел этот борд Бен Смитэр (Ben Smither) из Нориджа (Norwich) Англия . По словам автора собрать такой борд ему стоило 600 $. Конечно это модель только на стадии разработки и до массового производства ему еще далеко.
На борде есть кнопка включения, а также два переключателя для управления. Так же на борде установлены гироскоп и акселерометр.
Для балансирующего борда Бен использовал 2 мотора по 14,4 B, работающих на аккумуляторах. Только вот аккумулятора хватает на минут 15.
В планах Бена Смитэра есть идея установить более мощные моторы, у которых будет больше вращающейся момент, а следовательно и более высокая скорость. Так же в задумках разработчика есть упрощение управления, так как на данный момент сложно совмещать включение доски и становление обоими ногами на борд.
Аккумуляторы.
Batteries
Используются две 12 вольтовые (12 ампер-часовые) герметичные свинцовые батареи, выдавая напряжение 24V. Стоят они по £20 каждая и доступны на RS (номер для заказа 537-7305). Я выбрал их главным образом из-за их низкой цены. Работают они хорошо, но напряжение действительно имеет тенденцию понижаться при значительном токе (приблизительно 50%-ое снижение для 100A).
Мотор.
Motor
В качестве мотора — 400 ваттный 24-вольтовый тяговый двигатель постоянного тока. Мне прислали его из Motion Control Products через их магазин на ebay. Стоимость составляла около £80. Лимитом тока для этого двигателя является 21A хотя моя стратегия управления прокачивает его немного сильнее (пиковое значение 100A?!). Он еще жив.
Плата драйвера OSMC для управления электродвигателем постоянного тока.
OSMC (Open Source Motor Control) — High Current Motor Driver
Я пробовал сам сделать контроллер с H-мостом для своих предыдущих скутеров. Я нашел что, то, что в теории является очень простым, практически очень трудно осуществить. Что бы сделать его правильно, тонкостей гораздо больше, чем только выбор больших MOSFET транзисторов и микросхемы управления! Мои попытки работали, но с большим количеством электрического шума. Хватит изводить 100 метров проводной сети до моего компьютера, чтобы скутер ехал. В OSMC решили все эти проблемы и плату можно получить приблизительно за 90 фунтов-стерлингов у Robot Power.
Контроллер.
Controller
Главный контроллер — PIC16F876A, работает на частоте 20mHz. Угловая обратная связь обеспечивается гироскопом ADXRS300 и двухосевым акселерометром ADXL202 от Analog Devices. Сигнал гироскопа объединен и смешан с 0.5 % сигнала от акселерометров (для коррекции дрейфа показаний). Есть лучший способ сделать это – фильтр Калмана (Kalman Filter или по-русски) – это будет одно из следующих усовершенствований, которые я сделаю в схеме управления. Главная петля управления работает на 100Hz и выполнена на простом PID контроллере [ПИД- регулирование: пропорционально-интегрально-дифференциальное].
Контроллер выдает ШИМ-сигнал на плату управления двигателем используя синхронизацию по противофазе (я очень это рекомендую), в результате получаем плавное управление двигателем с встроенным рекуперативным торможением. Установка интегрального усиления и ограничения сигнала – тоже часть плана, но я думаю, что я имею это право, поскольку теперь задача стоит в езде по холмам и на большей скорости.
В настоящее время нет никакого ограничения скорости (оно вызывало бы только раздражение), а свалится с доски вперёд мешает габаритная высота. Я собираюсь добавить пищалку, указывающую что закачивается предельная энергия или давать доске возможность чуть-чуть наклоняться назад, когда скорость достигла максимума.
Шасси.
Chassis
Шасси полностью вырезаны из стального листа (100 мм х 3 мм) и сделаны с помощью ножовки. Площадки под стопу из того же материала с изгибами по краям, которыми они крепко прикреплены к остову скейтборда. Все это скручено вместе под нагрузкой винтиками M4x12 с зенковкой. Единственная реальная трудность это согнуть лист 3 мм х 100 мм в домашних условиях, для этого требуется листогибочная машина. Огромное спасибо за неё Брэду.
Ременный привод.
Belt Drive
Я провел некоторое время изучая спецификации ременного привода, т.к. мне требовалось высокое передаточное число (4.28:1). Шкив двигателя имеет только 14 зубов — если вы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО нагрузите двигатель, ремень может даже перескочить. В идеале я хотел бы мотор-колесо с бесщеточным мотором постоянного тока внутри, но цена такого мотора и схемы управления для него были немного высоки.
Ремень со шкивами были куплены за £70 в Wyko — я выбрал шкивы шириной пол дюйма, шаг зубьев 3/8″ (думаю, что они были дешевле). Производитель Fenner.