Självbalanserande enhjuling

Berätta om dina pågående projekt.
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Självbalanserande enhjuling

Inlägg av Nils.I »

Uppdatering <-länk

Hejsan!

Tänkte bygga en sån här:

http://www.youtube.com/watch?v=WOOoFEKiK8A

Bilderna pratar ju för sig själva men det är alltså en självbalanserande enhjuling som man kramar fast mellan benen. Den har en motor på 1000w som håller en i balans i upp till 16km/h.

Det som jag har gjort hittills är att fixat fram nästan all den hårdvaran som behövs och börjat lite på mjukvarufronten.

Här kommer lite bilder på den senaste designen



Som ni se har jag valt att placera battericellerna i och runt hjulet vilket gör att min enhjuling kommer bli betydligt smalare än Solowheel. Jag kommer även göra det möjligt att ta loss hjulet och motorn från hela anordningen på ett enkelt sätt genom att bara lossa på muttrarna och fälla upp sidorna.

Lägger även upp lite bilder på hårdvaran för de som vill se :)
wxGj0l5.png
b4KdckF.png
27 återvunna 18650 Li-ion celler från laptops.

*bild borttagen*

Använder en 12v xbox PSU nu i programmering och test fasen.

*bild borttagen*

16" hjul med 48v 1000w BLDC motor från kina, likadan som i Solowheel.
H9f9FJI.jpg
Kontakten till höger är för de 3 hall-elementen samt matning till dem.
4MWtcWz.jpg
Tanken är att jag ska få allt att flyta på fint med CompactRIOn och sedan byta till en arduino som kan fästas på enhjulingen. Det kommer nog vara lättare att finjustera parametrarna i labview och sedan "föra över" koden till en arduino. Den sista bilden visar 3x 4 kanalers optokopplare som sitter mellan styrningen och bryggan.

När det kommer till mjukvaran har jag gjort klart mosfetbryggstyrningen (trapezoidal) och även grundläggande delar av PID-regulatorn som styr PWMen på bryggan (har nu gått över till field oriented control). Det är alltså en hel del kvar att göra...

Är ganska ny på alla områden som detta projekt berör så förvänta er inte att det kommer gå på en vecka detta inte. :lol:

Kanske blev lite mycket bilder man aja! Hoppas ni gillat!

Nils
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av Nils.I 30 september 2015, 00:46:29, redigerad totalt 8 gånger.
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 4692
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Åkarp / Uppsala
Kontakt:

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av hcb »

Välkommen!
Kul projekt! Jag upphör aldrig att förvånas över den kreativitet (och tid för byggande) som folk har.

För mycket bilder?! Nä, det kan det aldrig bli :)
Användarvisningsbild
ecenier
Inlägg: 877
Blev medlem: 13 december 2007, 17:51:42
Ort: Älvsjö
Kontakt:

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av ecenier »

Imponerande! Jag ser fram mot många fler bilder :)
Användarvisningsbild
sinistry
Inlägg: 141
Blev medlem: 30 september 2009, 21:02:02
Ort: Varberg
Kontakt:

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av sinistry »

Kul projekt! Ska bli spännande att följa.
Jag började på något väldigt liknande för två år sedan men fick ge upp pga motorn.
Köpte liknande motor. Något elcykelkonverteringskit på 750W och 20tums hjul.
Byggde ihop allt med en tillfällig sadel som jag hade tänkt ta bort efter utvecklingsfasen.
Men jag fick den aldrig att balansera pga att det var ett spel i motorn mellan hallgivarna och rotorn.
Den kunde stanna i ett läge där det inte kom nån info från hallgivarna. Då kunde man gasa på hur mycket som helst utan att hjulet rörde sig. Om jag då petade till hjulet nån cm så ryckte det såklart igång för att "komma ifatt" ett jättehögt börvärde.
Totalt livsfarligt. Så jag vågade aldrig ens sätta mig på den å testa. Det kanske inte är ett jätteproblem i verkligheten om man väl har fått upp lite fart. Men stillastående vid en vägkorsning hade det inte funkat.
Intressant om din motor inte är sån. Då kanske jag ska dra igång det hela igen med ny motor.
Vad använder du för motordrivning? Den som följde med mitt elcykelkit hade ingen back men jag hade nåt annat liggande i lådan som jag använde.
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av Nils.I »

Ojdå, får hoppas att inte mitt hjul har liknande problem då! Hela styrningen ligger ju i FPGAn som styr 6 mosfet på bryggan med hjälp av hall-elementen. I och med att den är så snabb (tar 25 nanosekunder att tugga igenom hela koden) så är det möjligt att göra dom grejerna i mjukvaran, hoppas jag. Hoppas jag fattade din fråga rätt! :)

Kul att ni gillar det och tack så mycket! ;)
Senast redigerad av Nils.I 28 december 2013, 00:41:35, redigerad totalt 1 gång.
H.O
Inlägg: 5198
Blev medlem: 19 mars 2007, 10:11:27
Ort: Ronneby

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av H.O »

Alltså, hall-givarna talar ju i princip bara om hur strömmen till lindningarna ska "sekvensas". Det blir väl en upplösning på 6 "steg" på varv om jag inte tänker fel, mellan dessa "steg" är styrningen "blind" beträffande den faktiska positionen på motoraxeln. Dvs om du är mitt i mellan två "steg" kan du vrida hjulet +/-30° innan någon av hall-givarna ändrar tillstånd så styrningen kan inte avgöra om motorn faktisk rör sig eller i vilken position axeln är - tror jag.
Användarvisningsbild
gunne
Inlägg: 1983
Blev medlem: 17 juni 2004, 15:00:31
Ort: sthlm
Kontakt:

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av gunne »

Måste man kanske ha en extern enkoder?
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av Nils.I »

Du har rätt i att styrsystemet sätter på specifika mosfets på bryggan beroende på hallsensorerna och IMUn, riktningen. Denna motor består dock inte av 3 stora spolar som täcker en tredje del var utan av 51 där vartredje är samman kopplade. Alltså kommer hallsensorerna ge 17 "sekvenser" per varv och varje sekvens motsvara ~21° vilket gör att jag kommer kunna bestämma positionen med +/- ~1.76°.

Var nyfiken på hur den såg ut inuti så skura isär den för et tag sen men annars hade jag trott som dig. :)

*bild borttagen*
Senast redigerad av Nils.I 30 september 2015, 00:38:01, redigerad totalt 2 gånger.
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Liten uppdatering.

Inlägg av Nils.I »

En liten uppdatering för att visa att projektet är igång!
vUk8MxX.png
Gjorde den färdig i helgen för att kunna börja testa lite med nätagg. Har också läst på en del om FOC, har hitills haft trapezoidal control.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av Nils.I 30 september 2015, 00:38:38, redigerad totalt 1 gång.
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av Nils.I »

Gjort klart stommen nu.

*bild borttagen*

Böjt och svetsat ihop den med ett gångjärn. Har också förstärkt stommen mellan navet och fotplattan och gjort det allmänt mer stabilt.

*bild borttagen*

Nästa steg blir att göra klart batteriplattorna på sidorna. Har som ni ser i förra inlägget sågat ut två cirkulära plattor i plexiglas så nu gäller det bara att fästa batterierna. Har tänkt en del på hur jag ska ladda enhjulingen och tror det lutar åt att ladda varje batteri var för sig för att ha den maximala livslängden. Har också hört att det är dumt att blanda celler från olika tillverkare. Vore ju skönt att inte behöva ta ut batterierna hela tiden dock, idéer?

Tänkte köpa hem dessa om inte annat

24x

3x

Har också fått hem en GY-521 gyro + acc och fått det att funka fint med complementary filter så jag kan få ut ett börvärde i rpm. Gjorde i veckan klart koden som genom hall givarna tar reda på riktiga rpm:en, alltså ärvärdet, och estimeringen av rotorlutningen, theta. Det enda field oriented control-algoritmen behöver veta mer nu är strömmen på två av spolarna. Har beställt 2x 30A Range ACS712

Börjar redan snegla på alternativ till cRIO:n som kan installeras inuti hjulet. Någon sorts FOC-microship tillsammans med arduino kanske? Eller arduino + fpga typ papilio? Kom med förslag!

Nils
Senast redigerad av Nils.I 30 september 2015, 00:40:26, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
zeus
Inlägg: 7058
Blev medlem: 17 juni 2003, 22:13:44
Ort: Sthlm.

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av zeus »

Det börjar arta sig. Har du testat att bara stå på den, om det känns stabilt?
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av Nils.I »

Efter jag satte dit förstärkningen känns det väldigt stabilt. Innan luttade sig fotplattorna inåt när man stod på dom och jag var rädd att det skulle böja axeln. Nu blir kraften istället vinkelrät mot axeln längre in mot center -> kortare hävarm
Användarvisningsbild
gunne
Inlägg: 1983
Blev medlem: 17 juni 2004, 15:00:31
Ort: sthlm
Kontakt:

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av gunne »

Om det skulle behövas mer styvhet är det ju bra att dra förstärkningen hela vägen upp nästan till toppen. Som det är nu så blir det ju en liten försvagning precis ovan förstärkningen där det är ett hål i järnet och antagligen knäcker järnet ut lite just i denna punkt vid belastning. Men det behöver ju inte vara nåt problem.
Nils.I
Inlägg: 24
Blev medlem: 18 november 2013, 00:20:33
Ort: Göteborg

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av Nils.I »

När man läser det första inlägget sisådär ett och ett halvt år efter är det ju nästan så man sätter handflatan mot pannbenet och bara vill säga till denna människa att vägen inte är så kort som det kan tyckas. När jag startade denna tråden visste jag knappt vad termerna jag själv använde betydde och ännu mindre hur det fungerade. Jag kunde på min höjd kanske tända en lampa via en transistor men inte mycket mer än så. Gav mig i alla fall fan på att göra allt från grunden och sedan starten har jag fått hjulet att snurra men diverse microcontrollers bl.a Arduino och nu senast en stm32. Bara att initiera och styra en I/O pin på en cortex-m är inte helt enkelt för den som precis börjat med Arduino med dess enkla allt-i-ett IDE och utan erfarenhet av C.

Nåväl, i veckan kom mitt första egendesignade kretskort fabrikerat av ITEAD Studio.
På kortet finns:
En 3-fas brygga med 0,001ohm Ron mosfets.
En gatedriver i form av DRV8302 med inbyggd dubbel opamp för strömmätning via två shuntar. Den har även inbyggd protection av olika slag samt en buck converter som drier MC:n.
En stm32f3 i UFQFPN-32 utförande. Denna är baserad på cortex-m4 kärnan som har en flyttalsberäkningsenhet som klarar av de enklare aritmetiska beräkningarna med bara nån cycle.
Ström mätning via två 0,001ohm shuntar.
Har draget fram så jag kan mäta spänningen på faserna vilket behövs för att mäta back EMF:en om jag nån gång vill göra den sensorless kompatibel.
Den ska klara av 60v in men det återstår och se. Har haft ganska låg clearance på vissa ställen.

Som in och utgångar syns diverse bussar som UART, i2c samt jtag. Har även dragit ut spänning, jord och 3 ingångar för hall sensorer. Gyrot och accelerometer är tänkt att kopplas till utdragna i2c.

Väntar på komponenter från mouser så har inte populerat korten ännu men det blir första gången man ger sig på det också.
fIfobBZ.jpg
cGT1qSE.jpg
gh9K26P.png
Få saker som är så tillfredsställande som att hålla i hårdvara man just CADat. 8)
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av Nils.I 30 september 2015, 00:49:08, redigerad totalt 1 gång.
SeniorLemuren
Inlägg: 6754
Blev medlem: 26 maj 2009, 12:20:37
Ort: Kristinehamn

Re: Självbalanserande enhjuling

Inlägg av SeniorLemuren »

[quote="ecenier"]Imponerande! Jag ser fram mot många fler bilder :)[/quote
Det gör inte jag. Fatta att en del kör på taskiga uppkopplingar och får dessutom betala dyra pengar för varje GB. Kanske låter lite grinig, men hur svårt kan det vara att ladda upp bilder via EF. i stället för att länka till bautafiler på nätet.

Jag ville verkligen se bilderna men efter 5 minuter så fattades fortfarande 12 bilder som höll på att laddas. Då tröt mitt tålamod. Förbjud länkning till bilder. Det är ren och skär lathet att inte använd bildfunktionen i EF.

Dessutom så är bilderna snart ett minne blott eftersom innehavaren av molntjänsten inte betalat lagringskostnaden. Då är hela tråden förstörd. Finns massor av exempel.
Skriv svar