Контроллер балансирующего скутера

VVK · 24 Апр. 2013 в 11:25

Всех приветствую!

Разработка контроллера балансирующего скутера практически завершена, и я решил создать по нему отдельную тему. Тут я размещу краткое его описание и буду отвечать на вопросы, если таковые появятся.

Контроллер для управления балансирующим транспортным средством позволяет создать на его основе собственный скутер типа сигвей. От пользователя не требуется знаний программирования или электроники. Но! Необходимо уметь работать руками, быть внимательным и читать инструкцию.

Принцип работы

Сначала несколько слов про принцип работы балансирующего скутера. Я думаю, что большинство тех, кто читает этот текст, с ним знакомы, но совсем коротко я напишу о нем.

Для того, чтобы скутер удерживал равновесие, он должен двигаться в сторону наклона тележки. Чем сильнее тележка наклонилась, тем больше должно быть ускорение для удержания угла. При отсутсвии наклона скутер может либо стоять, либо катиться с постоянной скоростью. Поэтому, например, для начала движения человек должен слегка наклонить тележку в требуемую сторону и при достижении требуемой скорости уменьшить наклон. В результате чего скутер будет катиться почти с постоянной скоростью. Для остановки скутер нужно наклонить в обратную сторону. Все эти действия совершаются настолько легко, что описывать их большого смысла не имеет, интересующимся рекомендую просто покататься где-нибудь в парке, и все станет сразу понятно.

Угол наклона скутера постоянно измеряется встроенным в контроллер датчиком наклона. Для повышения точности используется трехосевой датчик. Данные измерений программа процессора обрабатывает и формирует сигнал управления на два мотор-колеса.
Структурная схема контроллера приведена ниже на рисунке. Зеленым цветом обозначены модули, находящиеся в разработке.

Контроллер предназначен для работы с бесколлекторными мотор-колесами 250 - 1500 W. Чем больше мощность, тем большую скорость сможет поддерживать скутер и тем в более крутую горку он сможет заезжать. Я в своем скутере использовал колеса MW16B 1000W фирмы Golden Motor. Летом буду тестировать и другие, сейчас пока других у меня нет.

Также контроллер оборудован портом для подключения внешнего датчика наклона. Этот датчик должен крепиться к рулевой стойке. При наклоне стойки влево-вправо, датчик наклоняется и передает угол в контроллер. А контроллер пропорционально углу датчика руля изменяет скорости колес для осуществления поворота.

В контроллере предусмотрена возможность подключения датчик присутствия человека. Этот датчик требуется для остановки скутера, если человек с него спрыгнул или упал. Обычно в подобных конструкциях используются концевые выключатели, соединенные с площадкой, на которую наступает человек. Т.к. эта конструкция может оказаться механически громоздкой, я предусмотрел возможность подключения ультразвукового датчика расстояния, луч которого можно направить на человека.

Программирование и внешнее управление осуществляется через встроенный модуль WiFi.

Контроллер оснащен шиной CAN, которая позволяет подключать внешние модули. В дальнейшем все модули будут переведены на CAN.

Таким образом, контроллер оборудован следующими цифровыми интерфейсами:

1. UART - для подключения старой версии модуля измерения угла наклона (датчик наклона руля)

2. Порт для подключения датчика присутствия человека.

3. Шина CAN - для подключения разрабатываемых новых модулей.

4. USB - для смены программного обеспечения и для зарядки телефонов (последняя функция будет реализована в следующих версиях контроллера)

5. WiFi - для задания настроек контроллера. В дальнейшем WiFi будет заменен на BlueTooth.

Каждое мотор-колесо подключается через 3 силовые линии и 5 сигнальных (датчики Холла).

Провода будут выходить из блока через кабельные вводы. Силовые разъемы XT150:

Сигнальные (пока мотоциклетные, тут еще до конца не решено):

Электрические характеристики контроллера:

1. Питание 24 - 72В. Сам блок питания рассчитан на 100В, для увеличения напряжения можно поставить другие мосфеты.
2. Ток потребления (без нагрузки) <200mA
3. Линия питания внешних модулей: 12В, <1A
4. Температурный диапазон -20 ... +50 (тестировал только при -15, у нас ниже редко бывает)

В зависимости от применяемых колес и механического исполнения тележки скутера, будет необходимо задать соответствующие настройки контроллеру. Задание настроек осуществляется через компьютерную программу, придаваемую к контроллеру. Методика задания настроек будет детально описана в документации к нему. Контроллер позволяет:

1. Настраивать функции удержания равновесия и движения.

2. Настраивать подсистему курсовой устойчивости и чувствительности руля.

3. Настраивать подсистему ограничения максимальной скорости.

4. Осуществлять калибровку акселерометра и гироскопа, задавать начальное смещение.

5. Задавать ограничение пикового тока на каждое мотор-колесо в пределах 2 - 28А.

6. Задавать минимальное напряжение батареи, при котором двигатели не включаются (для защиты батареи от переразряда)

Помимо задания настроек, компьютерная программа позволяет просматривать в реальном времени графики:

1. Угла наклона.

2. Токи потребления каждого канала

3. Напряжение батареи.

Сейчас изготавливается первая партия из 10-ти контроллеров. Ожидается их поступление во второй половине мая. Но одних контроллеров недостаточно, к ним нужна документация, примеры применения, видеоматериалы, красивая компьютерная программа. Документацию я еще не делал, а интерфейс у компьютерной программы сделан в самом примитивном виде.
Понимая, что такой дорогой контроллер (его цена планируется в районе 19 000р.) может не найти своего покупателя, я хотел бы определиться, нужно ли мне тратить время на подготовку документации, или переключить свои усилия на изготовление самих сигвеев.

А для этого я хотел бы подключить голосование, но не понял, как это делать. Может админ подскажет, какую кнопку жать

Nickolas · 24 Апр. 2013 в 12:16

Хорошо, что выделили отдельную тему. По вопросу коммерции ничего сказать не могу, мне кажется контроллер сам по себе особо никому не нужен. А вот сигвей ?... Очень много будет зависеть от внешнего вида и конечно цены.
По контроллеру у меня ряд вопросов!
Такое количество интерфейсов! CAN,WIFI еще нужно организовать прямой доступ в интернет для общения девайсов друг с другом через социальные сети!
Это очень специфический аппарат , безопасность и работоспособность которого в огромной степени зависит от настроек, зачем их давать пользователю ? (или это только для контроллера как самостоятельного устройства?)
Вообще мне малопонятно, когда к устройству дают целую таблицу малопонятных коэфициентов , типа можешь все настроить... Возникает вопрос : ЗАЧЕМ? Мне больше импонирует принцип военной техники: ОДНА КНОПКА" вкл.

Электро · 24 Апр. 2013 в 12:31

Поскольку я немного в теме самобалнсирующихся ЭТС, хочу сказать пару слов. Возможность купить контроллер для самотворчества в смысле сборки "сигвея" - это очень здорово, но, как мне кажется, спросом будут больше пользоваться готовые девайсы. Даже относительно недорогие самобалансирующиеся унициклы уступают по востребованности "сигвеям", несмотря на то, что "сигвеи" не такие мобильные и т.п. Таким образом, если автор изучит рынок китайских предложений и проведет небольшой маркетинг местного рынка (а сигвей-подобные ЭТС начинаются от 45 тыс.руб и это цены МСК) и правильно установит цену, то однозначно, изделия будут иметь успех, чего я автору искренне желаю.

Nickolas · 24 Апр. 2013 в 12:35

Присоединяюсь к пожеланиям в сторону автора! А где Вы видели сигвеи за 45 тр ?

VVK · 24 Апр. 2013 в 14:26

Цитата: Nickolas от 24 Апр. 2013 в 12:16
Хорошо, что выделили отдельную тему. По вопросу коммерции ничего сказать не могу, мне кажется контроллер сам по себе особо никому не нужен. А вот сигвей ?... Очень много будет зависеть от внешнего вида и конечно цены.

Я тоже думаю, что построить бизнес на продаже контроллеров для сигвея вряд ли получится, просто до готового сигвея дело пока дойдет...

Цитата: Nickolas от 24 Апр. 2013 в 12:16
По контроллеру у меня ряд вопросов!
Такое количество интерфейсов! CAN,WIFI еще нужно организовать прямой доступ в интернет для общения девайсов друг с другом через социальные сети!

CAN в первую очередь нужен мне для расширения системы в будущем. Для пользователя он представлен разъемом к которому пока подключать нечего.
Для WiFi интернет не нужен, достаточно иметь компьютер, подключенный к локальной сети или с модулем WiFi. В данном случае это просто интерфейс, который я использовал для отладки и настройки. Можно было бы использовать BlueTooth, но WiFi работает на большее расстояние. Расстояние важно при снятии характеристик аппарата в движении. В готовых сигвеях я хочу использовать BlueTooth для выдачи маршрутной информации пользователю в телефон.

Цитата: Nickolas от 24 Апр. 2013 в 12:16
Это очень специфический аппарат , безопасность и работоспособность которого в огромной степени зависит от настроек, зачем их давать пользователю ? (или это только для контроллера как самостоятельного устройства?)
Вообще мне малопонятно, когда к устройству дают целую таблицу малопонятных коэфициентов , типа можешь все настроить... Возникает вопрос : ЗАЧЕМ? Мне больше импонирует принцип военной техники: ОДНА КНОПКА" вкл.

Если использовать такие же колеса, как и у меня, можно обойтись моими настройками.

Цитата: Электро от 24 Апр. 2013 в 12:31
Поскольку я немного в теме самобалнсирующихся ЭТС, хочу сказать пару слов. Возможность купить контроллер для самотворчества в смысле сборки "сигвея" - это очень здорово, но, как мне кажется, спросом будут больше пользоваться готовые девайсы. Даже относительно недорогие самобалансирующиеся унициклы уступают по востребованности "сигвеям", несмотря на то, что "сигвеи" не такие мобильные и т.п. Таким образом, если автор изучит рынок китайских предложений и проведет небольшой маркетинг местного рынка (а сигвей-подобные ЭТС начинаются от 45 тыс.руб и это цены МСК) и правильно установит цену, то однозначно, изделия будут иметь успех, чего я автору искренне желаю.

45 тыс. это китайская цена, у нас с доставкой будет около 60 тыс. Там двигатели около 300Вт, сможет ездить только по ровной плоскости. Да и батарея там будет или свинец или литий низкого качества. И гарантию вряд ли дадут. У нас самый дешевый китайский Robin-m1 стоит 105т., в Москве он же 89т. А сигвеи с колесами 1кВт стоят уже выше 120т.

Спасибо за пожелания

Nickolas · 24 Апр. 2013 в 14:36

ЦитироватьBlueTooth, но WiFi

Все эти приблуды поднимают цену контроллера, плюс требуют интерфейсной части на компе, дисплее и т.д., которая тоже стоит денег... Мне не понятно зачем ? Информацию о скорости, токе и пр. вполне можно передать на рулевой дисплей по проводу с того же CAN . У Вас цена получается тоже мама не горюй, так зачем заведома завышать себестоимость ?

VVK · 24 Апр. 2013 в 15:10

Цитата: Nickolas от 24 Апр. 2013 в 14:36
Все эти приблуды поднимают цену контроллера, плюс требуют интерфейсной части на компе, дисплее и т.д., которая тоже стоит денег... Мне не понятно зачем ? Информацию о скорости, токе и пр. вполне можно передать на рулевой дисплей по проводу с того же CAN . У Вас цена получается тоже мама не горюй, так зачем заведома завышать себестоимость ?

BlueTooth снижает цену скутера, т.к. можно обойтись без рулевого дисплея, выдав информацию в телефон пользователя на андроиде или в IPhone. А пользователь сам сможет прикрепить его к рулю

Nickolas · 24 Апр. 2013 в 15:19

Я бы свой IPhone пожалел

Электро · 24 Апр. 2013 в 16:10

45тр это московская цена за скутер типа Робин М1, видел на досках объявлений. По поводу мощных МК согласен, но те, кто покупают такие девайсы, ищут не мощность (они в ней просто не разбираются) а ищут минимальную цену, что бы прокат быстрее отбить. С нормальными колёсами вполне заводского вида сигвеи в МСК стоят от 60тр, доски объявлений рекламировать не буду, легко найдёте всё сами

Как показывает практика, хорошо продаётся то, что дёшево стоит... а так хочется предложить покупателю хорошее (или даже лучшее)...

zap · 24 Апр. 2013 в 16:17

Цитата: VVK от 24 Апр. 2013 в 11:25
А для этого я хотел бы подключить голосование, но не понял, как это делать. Может админ подскажет, какую кнопку жать

В верхне-правом ряду кнопок (там где ОТМЕТИТЬ НЕПРОЧИТАННОЙ / ОТПРАВИТЬ ЭТУ ТЕМУ / ПЕЧАТЬ) жмите кнопку ДОБАВИТЬ ГОЛОСОВАНИЕ.

Nickolas · 24 Апр. 2013 в 16:35

Да, действительно! За 45 новый не нашел, но за 80 в Москве полно

Стоит задуматься, а стоит ли игра свечь ? 19 Ваш контроллер(это пока) + 2х15 МК + 10 АКБ + корпус и всякая дребедень, а по меркам России потом себестоимость надо на 2 умножить (минимум)
Понятно, что можно кое где ужаться, но все равно с Китаем не поспоришь...

$:-\$

zap · 24 Апр. 2013 в 16:46

Хоспади, откуда цены такие-то?
Себестоимость контроллера, по уму - тыща рублей, не больше.
Китайские МК - от 2000 до 4000р.
Ну и так далее.
Конечно, если в себестоимость включать барыш кучи местных барыг, то она выйдет заоблачной.
В Китае надо заказывать компоненты, тогда всё будет нормально с себестоимостью.

Nickolas · 24 Апр. 2013 в 16:51

ЦитироватьСебестоимость контроллера, по уму - тыща рублей, не больше.
Китайские МК - от 2000 до 4000р.

Ну-ну

Электро · 24 Апр. 2013 в 17:31

Автор разработал контроллер, он вправе любую цену требовать, по-идее..

VVK · 24 Апр. 2013 в 18:11

Цитата: Электро от 24 Апр. 2013 в 17:31
Автор разработал контроллер, он вправе любую цену требовать, по-идее..

Контроллер предназначен в первую очередь для изготовления мощного, возможно внедорожного сигвея. Делать на нем что-нибудь с двигателями по 300Вт для проката бессмысленно. Поэтому и цена такая. К тому же я использую комплектовку только от официальных дилеров, никакого ebay, никакого Китая. Иначе потом на гарантийном ремонте разоришься.

Но скорее всего, я думаю, желающих делать такие аппараты будет очень немного (если будут). Поэтому я вряд ли буду разрабатывать документацию, а переключусь непосредственно на изготовление самих сигвеев.

Кстати, недавно я для сравнения покатался на Robin-m1 (это который по 80 тыс.), так этот скутер предназначен исключительно для ровной поверхности. Небольшая кочка, и с него улетишь. Я его как-то всерьез даже не воспринимаю.

SMILE1 · 24 Апр. 2013 в 18:31

Цитироватьпереключусь непосредственно на изготовление самих сигвеев

Логично. Рынок товара по сути не сформирован и вряд ли контроллеры, как зап.части, будут иметь больший спрос чем сами сигвеи, как продукт. ИМХО, конечно.

Вопрос не в тему, но...: а консольные МК нашли?? Или будете делать на рампе как у прототипа?

VVK · 24 Апр. 2013 в 20:18

Цитата: SMILE1 от 24 Апр. 2013 в 18:31
Вопрос не в тему, но...: а консольные МК нашли?? Или будете делать на рампе как у прототипа?

Заказал образцы таких МК:

Но цена за доставку абсолютно не подходит, колесо обходится почти 11тыс.
С этим надо будет что-то делать.
И идти будет несколько месяцев.
Так что пока буду использовать МК с двухсторонним креплением, попытаюсь некрасивое крепление компенсировать дизайном.

SMILE1 · 24 Апр. 2013 в 20:43

Цитироватьцена за доставку абсолютно не подходит, колесо обходится почти 11тыс.
С этим надо будет что-то делать

я бы попробовал с Павлом ([user]_claw[/user]) договориться, когда он отпуск отгуляет.
Вполне вероятно что стоимость доставки будет интереснее.

ЦитироватьТак что пока буду использовать МК с двухсторонним креплением, попытаюсь некрасивое крепление компенсировать дизайном.

ИМХО, опять же, не нужно. У рампы несколько специфических недостатков, снижающих потребительские св-ва. Производители транспорта не случайно отказались от них еще на стадии омнибусов.