Arduino Mini-Segway

Prototyp des Segways

Autoren: Manfred Listner, Patricio Emiliano Hernandez Murga
Betreuer: Prof. Schneider

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Einleitung

Dieser Artikel beschreibt die Erstellung eines Arduino gesteuerten Mini-Segways. Das Projekt wird als Teil des GET-Fachpraktikums im fünften Fachsemester im Studiengang Mechatronik durchgeführt. Das Mini-Segway soll über zwei Motoren und einen Lagesensor stabilisiert werden. Die Stabilisierung erfolgt über eine Regelschleife. Die Regelung selbst übernimmt dabei eine PID-Regelung. Der Lagesensor dient hierbei als Messeinrichtung und ermittelt die Winkelabweichungen. Durch die gemessenen Winkelabweichungen wird durch die PID-Regelung die Beschleunigung an den Motoren gesteuert, sodass sich das Mini-Segway von selbst stabilisiert.

Anforderungen

Allgemein

Das Mini-Segway muss dazu in der Lage sein, Winkeländerungen zu erkennen, um diesen entgegen wirken zu können. Bei Änderungen der Lage des Schwerpunktes, z.B. durch hinzufügen von Gewichten, muss das Mini-Segway sich automatisch stabilisieren können.

Elektronik und Steuerung

Die Prüfung des Winkels soll über ein Gyroskop erfolgen. Die Änderung des Winkels wird anschließend vom Arduino Mikrocontroller ausgewertet. Durch eine Regelschleife sollen dann die beiden Motoren über den Mikrocontroller angesteuert werden, sodass sich das Mini-Segway wieder ausbalanciert. Zur Ausgabe von Daten soll zusätzlich ein LCD-Display angeschlossen werden.

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Das Arduino Mini-Segway verfügt über einen Segway-Körper an dem ein Gyroskop montiert sein soll. Zusätzlich sollen zwei DC-Motoren die Räder
unter dem Segway-Körper antreiben, sodass der Körper in vertikaler Position stabilisiert werden kann.

Das Bild zeigt den schematischen Aufbau des Arduino Mini-Segways

Der Regelkreis erhält als Eingabe einen Sollwinkel welcher vom Regler verarbeitet wird. Der Motor fungiert als Steller und wirkt eine Kraft auf das System "Segway" aus. Als Messeinrichtung dient ein Gyroskop. Dieser Sensor führt den gemessenen Winkel an den Regler zurück, sodass die vorhandene Winkelabweichung bestimmt und dem Regler erneut zugeführt werden kann.

Das Bild zeigt den Regelkreis der für die Stabilisierung des Arduino Mini-Segways genutzt werden soll

Komponentenspezifikation

Kippschlater

Um das Arduino Mini-Segway ein- und ausschalten zu können, wird ein Kippschalter verwendet. Dieser wird direkt in die Leitung zur Stromversorgung des Systems eingesetzt. Durch betätigen des Kippschalters wird so die Spannungsversorgung entweder unterbrochen, oder erfolgen.

Literatur

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