[分享]兩輪平衡車

white

畢業後等當兵這段期間真的是有夠閒
剛好去高雄看機器人展有看到兩輪機器人
而樓下又有新版segway可以玩
既然如此 乾脆也弄一台來玩玩吧

材料...說真的要搞起來還必須花不少...
還好我有實驗室的報廢品可以撿來改裝加減用XD
----------------------------------------------------------
首先機體部分..就隨便電子材料行買個鋁製整理盒
馬達部份 兩顆帶有減速齒的DC馬達

輪子的話拿遙控飛機用的輪子擴孔塞進軸裡....

sensor部分的 gyro我拿實驗室摔機壞掉的直升機用陀螺儀剪線接類比訊號出來用
加速規呢..在Y***O拍賣買的  一顆NT250 3軸+/-2G 銲好的封裝

(說實在我也不知道為啥他焊好的還可以這麼便宜 但還不錯用)
只是..需要自己弄放大跟濾波電路..要不然 嘿嘿...一定摔的很難看
A/D 部分用了microchip MCP3208 12bit ADC
馬達控制部份  我用了L293D這顆IC來控正反轉  轉速自己寫code產生PWM

控制部份用了一顆PIC 18F258 超頻成40MHz

而控制率用了fuzzy
---------------------------------------
整體流程 :
1. 收AD資料得到原始加速度跟角速度
2. 加速度求傾角
3. 原始傾角跟角速度進2階互補濾波估測真實傾角
4. 角度跟角速度進控制率
5. 得到的output丟給馬達控制板輸出
6. 回到第一步





目前整體機構總重1.4公斤
有點重 馬達都是40~60%左右在修正(當然我機構設計也不好)
所以還是會在中立點微晃...
但是還站的起來 受到小擾動沒問題
成本除了那顆陀螺儀外其他的應該都不貴...1.5K內可以搞定
甚至IC我都是跟國外microchip要sample不用錢
借此說明希望大家也能建造自己的mini segway囉

不囉唆 看影片吧
影片中間我刻意丟重物在他身上...
http://tw.youtube.com/watch?v=uOy-eOt2QiI

funny

讚喔...

可以請教 FUZZY 程式段的寫法嗎?

white

fuzzy寫法喔
這恐怕不是三言兩語可以寫完的吧
定義歸屬函數範圍形狀 設計規則庫
然後一堆if判斷 然後重心法或其他方法求output
光C程式碼就幾十行了吧
建議去看fuzzy的書  自然會寫
當然我記得有些書會附source code
不過大部分都寫的很複雜..因為要用在各種情況
當然你必須看懂然後消化去簡寫囉

不過如果你只是要學怎嚜寫控制  最簡單的恐怕就是PID了吧
C語言程式碼不超過5行就搞定

可以提供完整的教學嗎?
我自己想做一台來玩
但不知道要怎樣開始動手

peng1748

我也想要一台segway

doubletime

請教white 大大幾個問題
1、您有使用kelman filter嗎？
2、您有acceleremeter  是使用  sin-1 (2軸) 還是  tan-1(1軸)  ？
3、小弟有在您的youtube 裡面發現您有把車子從靜止  直接站起，這是利用全速衝刺讓車身立起嗎？
4、您假如加入了encoder回授是否可以更穩？
5、您有使用強健系統或是適應性系統嗎？
謝謝您

white

請教white 大大幾個問題
1、您有使用kelman filter嗎？
     ans: 有..後期改良姿態部分是用kalman filter估測
2、您有acceleremeter  是使用  sin-1 (2軸) 還是  tan-1(1軸)  ？
     ans: 正確來說要用atan2   懂INS領域的大概都知道 roll pitch可以用 atan2(ax,az) atan2(ay,sqrt(ax^2+ay^2+az^2))
3、小弟有在您的youtube 裡面發現您有把車子從靜止  直接站起，這是利用全速衝刺讓車身立起嗎？
     ans: 基本上只要馬達夠力 還有姿態不會估的太差就可以這樣 但是我反覆測試還是跟主要的機構配置有關 (輪子大小跟你的重心位置)
4、您假如加入了encoder回授是否可以更穩？
      ans: 沒錯..有encoder就可以定位在同以點...目前我是靠加大了控制器的I gain讓他強制收斂在原地附近
5、您有使用強健系統或是適應性系統嗎？
     ans: 我測過了fuzzy..PID..sliding mode control....結論是PID最好用 ...但是目前是使用 PID+sliding mode 混合控制
謝謝您

[ 本帖最後由 white 於 2007-11-13 00:24 編輯 ]

doubletime

請教一下 2、您有acceleremeter 是使用 sin-1 (2軸) 還是 tan-1(1軸) ？
ans: 正確來說要用atan2 懂INS領域的大概都知道 roll pitch可以用 atan2(ax,az) atan2(ay,sqrt(ax^2+ay^2+az^2)) 關於這個
是否有更清楚的資料或是APPLICATION NOTE 之類的 可以參考
謝謝

white

sorry 前面有部分打錯  一個是atan2(ax,az) 另一個應該是atan2(ay,sqrt(ax^2+az^2))
哪個是roll 哪個是pitch看你怎麼定義座標系 還有 出來是rad喲

參考阿... 我都是翻書的耶
只要是講INS或是INS\GPS 整合的書都應該會提到
就是從一堆旋轉方程式或 DCM(direct cosine matrix)導來的
一堆數學而已......
如果你有roll pitch同時存在可以用這個方式估"靜態"姿態
如果你只有一軸的話 其實也可以用asin之類的方式去估也可以拉
還有 這個只是利用加速度估"靜態"姿態  因為只要你在移動
加速度就會有變化 你就不知道這個變化是因為你姿態在變還是有額外加速度在變化
所以這時候就需要filter進來  整合這個姿態跟陀螺儀積分後的姿態囉
(因為兩個都不準 一個受加速度影響 一個積分會飄移)

[ 本帖最後由 white 於 2007-11-13 01:04 編輯 ]

lvzhong

不好意思~小弟最近我要做機器人的平衡~所以最近才爬文~

因次看到這篇文章~Good!!

有幾項問題想請問一下~

有關第3步~ 將加速度計的傾斜角+陀螺儀的角速度做真實傾斜角

這個部份是用怎麼做的?

是把角速度經一次積分變角度 與 加速度計的角度

把這2個輸入做這個"2階互補濾波"演算法即可得到真實傾斜角嗎?

還是都不積分 直接做2階互補濾波?

------------------------------------
第4步 若我是只用PID做 我不是只要將我的cmd(傾角)進控制器算就可以嗎?

那你多一個角速度是做什麼用途呢~

請幫麻解惑一下^^謝謝 感謝

[ 本帖最後由 lvzhong 於 2008-5-22 03:05 編輯 ]

sansam

我想買輪胎
可以告訴我哪邊有像平衡車的輪胎
感激

white

to lvzhong
Q:將加速度計的傾斜角+陀螺儀的角速度做真實傾斜角這個部份是用怎麼做的?
A:加速度傾角跟陀螺儀角速度積分得到的兩個不太準的角度值(一個會受動態影響 一個積分會爆炸)
   一起丟入filter估測一個近似真實的角度
Q:若我是只用PID做 我不是只要將我的cmd(傾角)進控制器算就可以嗎?那你多一個角速度是做什麼用途呢
A:兩個角度進filter後只會輸出一個估測角度~所以直接一個角度進控制器(不過我是兩層控制器 內迴圈控角速度 外迴圈控角度)

to sansam
那個輪胎我是去遙控飛機模型店買的 只要跟他講要買大型遙控飛機的橡皮輪胎就可以了
(遙控飛機輪胎有兩種 一種是橡皮的 一種是類似海綿的)

lvzhong

謝謝你的回答~

還有幾個問題請教~

1、陀螺儀的積分是用梯形積分嗎?還是有利用其他的方法?

2、將2個感測器進入互補式濾波器~而互補式濾波 其實就是有點類是lowpass filter~

     請問你給lowpass filter的截止頻率在哪邊呢?

3、不知道是否願意分享一下你2個迴路的PID呢?

不好意思 第一次接觸 所以問題多一點!!

感謝^^

[ 本帖最後由 lvzhong 於 2008-5-27 02:22 編輯 ]

white

1.yep~不會的話可以去參考數值分析的書囉..相信會更增加你的功力
2.我忘了當初的截止頻率設在哪了 要回去找code看..因為後來我就改用kalman filter了
   這個效果比互補率波好太多了
3.我畫個簡圖給你看~你如果有學過自動控制應該會看的懂
   
大致上就是有兩組PID gain (內迴圈其實用P就夠了)
先計算內迴圈..會得到一組你要輸出的值
再算外迴圈 也會得到一組值
最後的總輸出就是兩者相加囉

祝你早日成功喲~成功了也記得po個文讓大家欣賞欣賞

[ 本帖最後由 white 於 2008-5-28 09:21 編輯 ]

你的控制程序能發給我嗎？mzldongnan@163.com
關於fuzzy看了一些，但還是不知道怎麼用來控制電機

你是用兩個MCU做的嗎？你說用陀螺積分求角度，是不是一個MCU負責對陀螺實時取樣，另一個進行電機控制？

sj602127

不好意思，我也很想參考一下原PO的程式碼，因為初學模糊控制，借了一些書來看，發現大部份都是講理論以及數學算式的部份，實際在程式的部份都比較少著墨，很想要自行嘗試寫看看，卻一直弄不好，希望可以參考一下PO的程式碼，謝謝。信箱:sj602127@hotmail.com

請問你的電路是自己做的嗎?  如果是自己做的 可以提供參考嗎?  如果你是買的  可以提供地址嗎?謝 謝

mac1

現在才發現這個好東西，真是太晚了
想請教一下，

最後提到，這用了 PID+sliding control,
如果只用 sliding control, 效果不好嗎?
問題在哪裡? 反應不夠快嗎? 還是會反映過度了?

tensl

本人剛開始研究自平衡小車，誰能發我一份原Code文件，謝謝了