Единственное — что с управлением? Погуглив эту тему, я понял, что вариант два: интегрировать в ручку газа плату с акселерометром, либо перепрошивать контроллер под ручку газа, которую купить отдельно.
Самодельный гироскутер
Насмотревшись роликов на Youtube и на своих детей, пускающих слюни на арендуемые гироскутеры, решил попробовать свои силы в самостоятельной сборке данного устройства. Рассуждая о целесообразности сделать самому или купить, убедил себя, что это игрушка, причем сезонная, причем для моих детей погодок одним устройством не обойтись. Также в самоубеждении сыграл роль опыт сборки домашнего ЧПУшного станка, ну и собственно популярность самого тренда гироскутеров и вау эффект на окружающих меня обывателей.
Приступая к работе, решил сначала опробовать концепцию и определиться с необходимой мощность электромеханических узлов, чтобы обосновать дальнейшие вложения в комплектующие.
Первая версия (сигвэй)
С механической точки зрения вариант сигвэя казался более простым (отсутствует нагруженный средний поворотный узел), кроме того все, что нашел на youtube это самоделки именно сигвэев.
Не смотря на то, что имею достаточный опыт в программировании и работе с контроллерами решил софт самостоятельно не писать, а найти наиболее готовые решения. Кроме того, я редко могу поддержать свою мотивацию более одного месяца, а отладка работы софта с электромеханическими узлами редко заканчивается абсолютной победой, чаще компромиссом, и мысль о том, что совершенство не достигнуто меня бы червоточила.
В итоге выбор пал на работу Ovaltine’s Segway Clone (исходники есть на GitHub). Данный проект мне показался наиболее зрелым и поддерживающим железо, которое у меня есть (Arduino, MPU-6050, драйвера моторов с 2-мя и 3-мя управляющими сигналами на канал). Проект исчерпывающе прокомментирован, что позволяет не углубляться в анализ нюансов и как результат не догадываться о недочетах.
Недолго оттягивая, была сляпана платформа для испытаний:
Алюминиевая пластина толщина 12мм
Ось диаметром 14мм – направляющая от матричного принтера
Скобы строительные диаметр 14мм
Колеса – передние от инвалидной коляски (диаметр 8 дюймов, подшипники встроены).
Моторы и планетарные редукторы от шуруповертов на 18В
Шестерни передачи на колеса от электромясорубок
Аккумулятор 12В 5Ач Li-pol (остался после спада тренда квадракоптеростроения)
Датчик 10DOF MPU-6050 (остались после спада тренда квадракоптеростроения)
По доступности можно отметить, что п.1,3,4,5,6,11 были куплены на местном рынке.
Отдельно следует отметить, что моторы с редукторами мне продали, разобрав на моих изумленных глазах, рабочий шуруповерт (450р мотор, 500р редуктор с ограничителем момента). На мой вопрос это окупается? Мне продавец ответил, что половину закупочной цены данного шуруповерта уже отбил на продаже аккумулятора.
Были затруднения с приобретением драйверов моторов (до 30А). Был заказан двухканальный драйвер vnh2SP30 на eBay за 600р, но так как ждать не хотелось, уже через неделю были куплены два одноканальных драйвера vnh3SP30 в «Чип и Дип» в разных городах (Краснодар, Волгоград) благодаря поездке на море.
После прошивки и калибровки гироскопа все заработало практически без проблем. Пришлось перекинуть на одном драйвере сигналы управления, потому что колесо крутилось в ненужную сторону, и выяснилось, что шестерни на валах редукторов проскальзывают несмотря на клей.
С шестерней вопрос решил следующим образом: гравером с отрезным диском нанес насечки продольно оси вала глубиной 0,5мм и длинной равной ширине одеваемой шестерни. Надел шестерню и забил в насечки обрезки скрепки (типа микрошпонки). Следом проявилось новое слабое место – недостаточное прижимное усилие шестерни редуктора к шестерне колеса. Зная, что это всего лишь промежуточный прототип не стал решать проблему фундаментально, а просто стянул кабельной стяжкой оси колеса и вала редуктора. После 20 минут покатушек капроновая стяжка не нагрелась хотя вал редуктора в отличие от вала колеса подвижный.
Следует отметить, что передача «вал редуктора – колесо» имеет высокие требования к выдерживаемому моменту. Передаточное число здесь составило всего 5:1. Планетарный редуктор шуруповерта имел число 1:25. При напряжении 12В скорость передвижения на 8 дюймовом колесе была безопасной (от 5-8км/ч). Также остался запас по напряжению.
Автор разобрал гироскутер и извлёк одно из колёс. Обычно в этих транспортных средствах движки хорошо сохраняются. Их работоспособность можно проверить следующим образом: закрепите ось колеса в тисках, подсоедините лампочку к проводам и быстро раскрутите мотор руками. Лампочка должна ярко гореть.
Покупка б/у гироскутера
Бюджет на покупку б/у гироскутера я определил в 5000 руб. Но при этом мне была нужна максимально живая батарея, чтобы я мог без вложения заняться разработкой, и была возможность проверять ходовые качества.
Нашел я вариант на авито во вполне хорошем состоянии и отличной батарейкой, при этом с моторколесами мощностью по 400Вт, что очень неплохо. Покрышки колес были из цельной резины (как на велосипеде «Дружок») — не нужно было заморачиваться с подкачкой, но позже я понял, что лучше было бы выбрать все-таки камерные колеса, так как самокат делал максимально дешевый и без амортизаторов, из-за чего сильно чувствуются ямки и выбоины в асфальте. Но об этом позже.
Разборка и подготовка
При разборке основной момент — это сохранить информацию о том, какие провода куда подключены. Можно либо пометить наклейками на сами провода и разъемы, либо нарисовать схему — кому как удобнее. Разбираем все, что есть, в итоге получаем 3 платы (одну большую — сам контроллер, и две — с двумя акселерометрами), части пластикового корпуса и основную несущую часть из какого-то сплава. В пластиковый корпус вклеены задние и передние световые сигналы — их я не стал извлекать, так как фару, если и буду ставить, то куплю отдельную.
Единственное, что нам понадобится из световых приборов — это световые индикаторы, сигнализирующие о состоянии гироскутера (точнее уже будущего самоката). Они показывают состояние батарей, а также, если с электроникой какая-то проблема, то по цвету и частоте мигания светодиодов можно понять, в чем именно проблема.
Также из металлической основы нужно выпилить два крепления моторколес.
На схеме выше можно все четко увидеть: электродвигатели, аккумуляторы и прочее. Для начала нужно выбрать именно тот микроконтроллер, который и будет осуществлять управление. Из всех представленных на рынке микроконтроллеров Arduino мы с вами выберем UnoNano, и в качестве дополнительного чипа обработки информации будет выступать ATmega 328.
Ветряк из старого гироскутера и водопроводной трубы
Мотор-колесо и другие детали от старого гироскутера станут оптимальной основой для изготовления ветрогенератора. В качестве хвоста используются фанера, а лопасти вырезаются из ПВХ трубы. Такой ветряк способен вырабатывать мощность до 150 Вт при скорости ветра 5-7 м/с.
Материалы и инструменты:
- гироскутер с рабочим мотор-колесом;
- 6-дюймовая труба ПВХ;
- оцинкованная труба диаметром 3 дюйма;
- 5-миллиметровые круглые металлические пластины;
- дюймовые металлические полосы;
- фанера;
- болты и гайки;
- ручная дрель;
- выпрямитель;
- углошлифовальная машина;
- лобзик;
- плоскогубцы;
- паяльник.
Сначала необходимо разобрать гироскутер, выкрутить все болты и вытащить мотор из корпуса с помощью плоскогубцев. Потребуется приложить значительное усилие, конструкция закреплена довольно сильно.
Далее, изготавливаем переходник-держатель. Из пластины выкраиваем 2 круга и нарезаем 5 полос. В заготовке просверливаем отверстия, как показано на рисунке.
Переходником между хвостом и вертушкой станет еще одна пластина. На ней также высверливаем отверстия для закрепления хвоста, лопастной части и поворотного механизма.
В качестве поворотного механизма используем еще одну деталь гироскутера – шарнирную часть. Для этого разрезаем корпус и демонтируем шатун.
Для крепления поворотного механизма и основной конструкции ветряка используем 2 металлические пластины. Одну из пластин привариваем к монтажному столбу на крыше. Вторая пластина устанавливается на шатуне.
Берем ПВХ-трубу и вырезаем лобзиком 5 лопастей. Каждое крыло выпиливается с расширением. В нашем случае самая узкая часть имеет ширину 5 см, а широкая – 12,5 см, длина чуть больше метра.
Ключевой особенностью такого решения является то, что карт – это всего лишь «прицеп» для гироскутера, а значит, его в любой момент можно отцепить, снова получив на выходе обыкновенный гироскутер в первозданном виде.
Детский велосипед без контроллера
В некоторых случаях оригинальный гироскутер настолько старый и изношенный, что заниматься обновлением его электронных узлов просто нет смысла. В таком варианте он подлежал бы разве что отправке на свалку, но опытный человек с руками способен использовать его более логично – в качестве детали для изготовления детского велосипеда. Подобная конструкция, ввиду отсутствия контроллера и батарей, будет представлять собой транспорт, приводимый в движение только усилиями ног маленького пассажира, но тот все равно наверняка обрадуется.
Гироскутер может не подвергаться никаким конструктивным изменениям, хотя не возбраняется вынуть из корпуса все лишнее – раз батареи и контроллеры не будут использоваться по назначению, пусть не добавляют транспортному средству лишнего веса. В остальном это уже готовая задняя ось с присоединенными к ней колесами.
Задачей умельца является поиск старого или приобретение нового переднего колеса с педалями, которое заменит новому транспортному средству отсутствующий мотор. Имея перед глазами заднюю ось с колесами и переднее колесо с педалями, можно составить примерный чертеж рамы, так чтобы она подходила маленькому пассажиру по росту. Для изготовления каркаса лучше всего использовать алюминиевые профильные трубы, поскольку они одновременно очень прочные и легкие – значит, ребенку не придется прикладывать огромных усилий, чтобы поехать.
Если вы никогда не имели предварительного опыта конструирования столь сложных механизмов, можно попробовать сначала выполнить все детали из более податливых материалов вроде древесины. Примерив все, что получилось, вы увидите свои помарки, если таковые есть, или же получите готовые шаблоны, позволяющие более точно нарезать алюминий.
Вырезав необходимое количество деталей, сварите их, еще раз примерьте к гироскутеру и переднему колесу, с которыми их нужно будет скрепить шурупами или сварными швами. Все поверхности должны быть аккуратно зашлифованными. Если у вас возникли сложности с изготовлением отдельных узлов велосипеда, их можно докупить в магазине (особенно это касается сиденья), но этот момент желательно предусмотреть заранее, иначе не факт, что вы сможете подогнать свою сварку под заводские комплектующие.
Испытайте конструкцию сначала без ребенка – проверьте, нормально ли прокручиваются педали, не является ли ход слишком тугим, удобно ли поворачивать руль.
Различные дополнительные приспособления вроде фар, корзинок или тормозов 3-колесному детскому велосипеду не нужны, но для большинства малышей принципиально, чтобы их транспортное средство выглядело красиво, потому окрасьте каркас велосипеда яркими красками.
Данный двигатель будет производить трёхфазный переменный ток. Чтобы преобразовать его в напряжение постоянного тока, автор разработал и собрал трехфазный выпрямительный блок.
Шаг 7: Изготовление хвоста
Для хвоста автор использовал кусок фанеры толщиной 10 мм. С помощью лобзика он вырезал фигуру нужной формы.
К хвосту автор прикрепил шестигранный стержень, закрепив его с помощью 2 металлических пластин. С другой стороны стержень имеет плоский конец с 2 отверстиями, через которые он будет крепиться к кронштейну. Тут можно использовать то, что у вас имеется под рукой, например, небольшой кусок арматуры.
Шаг 8: Лопасти
Лопасти автор изготовил из трубы ПВХ диаметром 150 мм. Расчёты не производились, всё делалось на глаз. Для нарезки использовался лобзик. Каждая лопасть составила 130 мм в самой широкой части и почти 50 мм на вершине. Оба конца были обрезаны, чтобы придать им красивую форму и обеспечить плавное вращение.
Все лопасти получились по 1 м, и очень важно, чтобы они имели абсолютно одинаковую форму и размеры. В местах крепления к металлическому держателю сверлим 3 отверстия на каждой лопасти.
