國(guó)外開(kāi)源-可以騎的球平衡器iRoll

平衡球騎行視頻

球傳動(dòng)

這是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。有4個(gè)大型775齒輪馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩英寸Colson車(chē)輪摩擦耦合到保齡球。每個(gè)軸有兩個(gè)電機(jī)，每對(duì)電機(jī)串聯(lián)。左側(cè)顯示的版本使用球上方的4球傳輸支持。后來(lái)我用一個(gè)單獨(dú)的自制低矮腳輪輪替代了球傳輸。

最初我將使用5號(hào)籃球，以獲得良好的牽引力和順利的騎行。但是，有幾項(xiàng)測(cè)試證實(shí)，過(guò)度充氣的籃球不足夠剛性。所以，我買(mǎi)了一個(gè)便宜的6磅保齡球。它是由聚酯制成，非常光滑。事實(shí)上，這并不真正有效。Google發(fā)現(xiàn)了一篇關(guān)于增加保齡球的牽引力的文章。它涉及將它們浸泡在溶劑MEK中。

這是底部框架。它由tig焊接鋁通道制成。電機(jī)每個(gè)插槽有4個(gè)螺絲，以便調(diào)節(jié)2英寸驅(qū)動(dòng)輪和保齡球之間的張力?？蚣艿膫?cè)面實(shí)際上由于增加的力而略微扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)彈簧以保持球上的張力。

這是安裝在自制隔振器上的Sparkfun IMU陀螺儀和加速度計(jì)。這被認(rèn)為是防止電動(dòng)機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重干擾加速度計(jì)的正常操作的必要條件。板被擰到一塊鋼板上。鋼塊粘合到1/8英寸厚的橡膠片上。橡膠膠合到一塊聚碳酸酯上，該聚碳酸酯在另一塊橡膠的頂部被擰到框架上。

這是替代4球傳輸?shù)牡驼{(diào)支撐腳輪。它運(yùn)行更安靜，但由于重量集中在一個(gè)車(chē)輪而不是4個(gè)球，保齡球表面上的力是4倍。我使用了一個(gè)4英寸的轉(zhuǎn)盤(pán)和一個(gè)帶滾珠軸承的加工鋁輪。車(chē)輪偏離中心約5/8英寸。

這是Dimension Engineering 的Sabertooth 2X25電機(jī)控制器的視圖。它將控制2個(gè)直流有刷電機(jī)，最高達(dá)25安培和24伏。我通過(guò)9600波特的串口發(fā)出速度控制命令。電池是六顆A123電池，串聯(lián)20伏@ 2200MAH。電池使用時(shí)間約為6至10分鐘。需要更大的電池。

這是Arduino CPU和模擬處理器板。這是一個(gè)混合模擬/數(shù)字系統(tǒng)。免費(fèi)濾波器是模擬運(yùn)算放大器，而用于電機(jī)調(diào)速和平衡的PID控制器都是Arduino中的所有軟件。有一個(gè)現(xiàn)有的Arduino的PID庫(kù)，但我不得不修改它。我也寫(xiě)了一個(gè)第一階低通濾波器庫(kù)函數(shù)。是的，如果采樣率足夠慢，Arduinos可以做DSP。我使用浮點(diǎn)采樣200Hz。

模擬補(bǔ)償濾波器幾乎與無(wú)線(xiàn)電控制球平衡機(jī)器人中使用的濾波器相同，只是一個(gè)細(xì)微的改進(jìn)。最初的速率陀螺儀通過(guò)系統(tǒng)直流耦合。任何陀螺儀直流偏移漂移嚴(yán)重混亂了真正的垂直校準(zhǔn)。有些日子，機(jī)器人會(huì)認(rèn)為15度是垂直的，需要重新校準(zhǔn)！愚蠢的機(jī)器人 因此，我在陀螺儀路徑中添加了一個(gè)第一級(jí)的0.16 Hz高通濾波器（見(jiàn)原理圖 C15，R57），以阻止DC并阻止此。不幸的是，這樣做加劇了與加速度計(jì)的微妙相位關(guān)系，導(dǎo)致組合的頻率響應(yīng)不平坦。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，我創(chuàng)建了一個(gè)相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn) 原理圖） C14，R47），以恢復(fù)平坦的頻率響應(yīng)。

這是模擬處理器板的另一個(gè)視圖。