TESTES: Ajustamos parametros e já melhoramos bastante o equilibrio do robo

Tivemos que ajustar alguns parametros  e conseguimos uma estabilização mais satisfatória, estamos bem perto de finalizar, mas, notamos que um dos motores está com grande folga no eixo de saida do redutor, isso pode estar comprometendo a estabilidade do robo, vamos estudar a troca deste motor.....

Abaixo o video do novo teste bem mais próximo do que queremos....UFA!...rsrs

TESTES: Novo hardware - Robo auto-equilibrio (self-balancing robot)

Testes do Robo auto-equilíbrio (self-balancing robot)...

Tivemos que mudar por algumas vezes o hardware do nosso robô de auto-equilíbrio até chegar nesse ponto, onde agora é só ajustar o ganho do PID, mas é claro não esta sendo fácil...
Fizemos um vídeo do teste com novo hardware, ainda não esta estável mais um grande passo foi dado...

Quase lá!!!


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Fotos do nosso "Mini-Segway"...

Implementando controle PID no self-balancing robot...

Começamos a implementar um controle PID no nosso self-balancing robot....
De inicio testamos com apenas um motor e funcionou, agora falta incluir o outro motor e testar o trabalhoso robô, perdemos muito tempo no sensor giroscópio, no MMA7361 foi tudo mais tranks....rs
Baixamos a biblioteca PID do site Arduíno e estamos por enquanto estudando o código básico...

Uma breve definição de PID:

 

PROPORCIONAL: AMPLITUDE DE CORREÇÃO É PROPORCIONAL A AMPLITUDE DO DESVIO. (GANHO DE CORREÇÃO É PROPORCIONAL AO ERRO)

 

INTERGRAL: VELOCIDADE DE CORREÇÃO É PROPORCIONAL A AMPLITUDE DE DESVIO. (QUANTO MAIOR O ERRO MAIOR MAIS RÁPIDA  INTEGRAÇÃO)

 

DERIVATIVO: VELOCIDADE DE CORREÇÃO É PROPORCIONAL A VELOCIDADE DO DESVIO  (antecipativo)

 

Substituição de sensor giroscópio para acelerometro MMA 7361

Estavamos tendo muitos problemas com o sensor giroscópio L3G4200, nosso codigo mostrava o angulo de inclinação, mas estava perdendo a referencia do ponto inicial (Zero) e com isso o segway não se equilibraria.

Mas não desistimos, pesquisamos e encontramos um sensor acelerometro MMA 7361 muito utilizado em projetos de equilibrio e confiável. O codigo também mostra seu valor em angulo e não perde a referencia por ser um sensor analógico, diferente do L3g4200 que é por comunicação I²C, muito mais complexa, onde, ficamos muito atrelado com o Datasheet do sensor que se refere à endereços para se obter o valor de leitura do sensor.

Ainda mantemos a ponte H para controle do motor e estamos testando outro motor muito mais preciso e com pouca folga, sua velocidade é de no máximo 300RPM e tensão até 12Vdc também.

Abaixo fotos do sensor acelerometro MMA 7361.

Testes - Acionando um motor com sensor giroscópio

Iniciamos a programação no Arduíno, utilizando o sensor giroscópio, uma ponte H e um motor 12Vdc.

O sensor giroscópio se comunica através de uma interface digital I²C e alimentado com 3,3Vdc do Arduíno.

A ponte H tem uma alimentação da parte lógica de 5Vdc (comando) que vem do Arduíno, e dois fios de enable Forward e Reverse, também é alimentado com 12Vdc (potência) para o motor.

O funcionamento esta relacionado ao segway, conforme movimentamos o sensor para frente (eixo X) o motor gira para frente e movimentando o sensor para trás o motor gira para trás, buscando sempre se manter equlibrado.

Abaixo fotos e video do teste.

VIDEO DO TESTE

Componentes do projeto - Motores e bateria

Bom, como decidimos primeiramente desenvolver um mini-protótipo de um segway (veiculo de equilíbrio), utilizaremos baterias simples de 9Vdc e 2 mini-motoredutores DC, abaixo na figura.
Também iniciamos alguns testes com o arduino e faremos um curso de programação em arduino na semana que vem na faculdade, para aprimorar o pouco conhecimento que ainda temos em Linguagem C++.

                                                          Motoredutores DC 

Inicialmente esta é a base que iremos desenvolver o veiculo

Componentes do projeto - Microcontroladores

Pesquisamos muito para definir qual microcotrolador iremos utilizar no projeto/protótipo. Acabamos por escolher um cara recente no mercado, a plataforma Arduino.

O Arduino esta sendo muito utilizado em faculdades e projetos de garagem, por ser muito pratico.

A escolha foi da plataforma Arduino Mega 2560, por ter muitas portas, um tamanho pequeno e otima velocidade.

O arduino mega 2560 trabalha com o ATmega 1280 e com programação linguagem C++.

Sabemos que o segway possui 10 microcontroladores, mas vamos chegar bem perto de um desses usando apenas 1...hehee

Abaixo uma foto do que compramos no mercado livre...

Ainda estamos fazendo testes com o arduino para compreende-lo melhor, abaixo fotos de alguns testes simples e do grupo no laboratório da faculdade...

Componentes do projeto - Sensores

Voltando depois de um tempinho offline, estávamos desenvolvendo o relatório do TCC parte 1...

Vamos falar um pouquinho dos sensores que o segway utiliza (provavelmente) e relacionar os que nós vamos utilizar no protótipo.

• O segway utiliza 5 sensores giroscópio, onde, 3 deles são redundantes, utiliza também 2  acelerômetros. Esses são para o sistema de controle de estabilidade, ou seja, os que fazem o segway se auto-equilibrar.
• Utiliza sensores de pressão na plataforma que indica para o sistema que o operador já subiu, ou seja, já pode iniciar a estabilização (liga).
• Utiliza sensores de posição como o encoder, para se ter um feedback dos motores.

No nosso protótipo vamos utilizar apenas 1 sensor giroscopio, 1 sensor acelerômetro e talvez encoders para os motores. Por enquanto já compramos no mercado livre esses sensores:

• Giroscópio L3G4200D

Este sensor na figura abaixo, é dotado da tecnologia MEMS (Micro sistema eletromecânicos), mede e transmite seu sinal em taxa angular por uma interface digital IC (I2C/SPI).

São muito utilizados em aeronaves, aeroespacial, navios, segway, etc...

• Acelerômetro + Magnetômetro LSM303DLM

Este sensor é combinado acelerômetro e magnetômetro, iremos utilizar apenas o acelerômetro. Ele mede as variações de velocidade/aceleração através de impacto, e vibração, são do tipo inercial, mede o deslocamento da massa proporcionalmente à aceleração aplicada, sua saida é de interface digital IC e também possui tecnologia MEMS.

São muito utilizados em celulares, tablets, cameras, notebooks, airbag de automóveis e no segway.

• Encoder - Incremental e Absoluto/Analógico (não esta definido qual comprar)

Encoder, em automação industrial, é um dispositivo eletromecânico que conta ou reproduz pulsos elétricos a partir do movimento rotacional de seu eixo. Pode ser definido também como um transdutor de posição angular.

• O encoder absoluto/analógico é utilizado mais para posição, pois a saída é analógica de acordo com a posição que ele se encontra, um exemplo é o angular, que dependendo do ângulo que o encoder se encontra a saída varia de 4 a 20mA. 
• O incremental é utilizado para indicar sentido, posição e medir velocidade, pois a saída desse encoder é uma saída de pulsos defasada de 90 graus e que fornece o sentido que o encoder esta girando. 

Para fechar a malha de controle, esse cara vai ser muito interessante...

O sensor de pressão não iremos utilizar, pelo menos é oque temos em mente.

Tecnologia e Funcionamento do segway

O Segway PT é um meio de transporte de duas rodas que funciona a partir do equilíbrio do indivíduo que o utiliza, inventado por Dean Kamen e revelado em Dezembro de 2001. A tecnologia existente nos Segway PT, consiste numa inteligente rede de sensores, mecanismos e sistemas de controle, que permite ao Segway PT o auto-equilíbrio e deslocar-se em duas rodas. No momento em que se coloca em cima de um Segway PT, 5 micro-giroscópios e 2 acelerometros, estudam as mudanças no terreno e a posição do seu corpo, a uma velocidade de 100 vezes por segundo - mais rápido que a mente humana.

Para que o Segway PT avance, o indivíduo só precisa de se inclinar para a frente e para que recue é necessária a inclinação para trás. Para virar, basta oscilar o braço central para o lado pretendido. Esta tecnologia é denominada de LeanSteer.

É elétrico, e utiliza duas baterias Li-ion, que lhe permitem uma autonomia de cerca de 35 quilômetros e uma velocidade máxima de 20 km/h. A carga total é de 8-10h e representa apenas um kilowatt. A sua utilização é vocacionada para a mobilidade urbana, onde poderá representar uma redução de entre 71 a 93% de emissões de gás carbônico em comparação a qualquer veiculo motorizado, ou híbrido. O seu custo inicial será amortizado pela sua utilização como substituto do automóvel.

O nome Segway PT é propriedade de Segway Inc.

Video legal de um role com o segway...

Resumo da História do Segway

O segway foi inventado pelo inventor Deam Kamen, afim de desenvolver soluções em transportes individual eficientes, visando emissão zero de poluentes e com uma tecnologia de equilibrio dinamico.

Segway vem de "segue" que significa "transição suave de um estado para outro".

Ele foi revelado no final de 2001 e em 2002 começa sua produção...foi lançado no brasil em 2008.

Muito utilizado em aeroportos, shopping center, pela policia, pois, tem o privilégio de uma velocidade 5x mais que a do homen e uma altura com visão privilegiada.

Conhecendo o segway...

Assim que decidimos fazer o segway, procuramos saber de tudo que se podia conhecer sobre sua história e funcionamento, muita pesquisa.

Nos deparamos com o problema de encontrar poucas coisas sobre o segway, bibliografia quase zero, tudo que conseguimos foi na internet com nosso amigo Google...rs

Conhecemos na internet o trabalho de um pessoal da faculdade MIT - Massachusetts Institute of Technology e outro pessoal da engenharia elétrica com enfase em automação e controle da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

Não somos os únicos loucos a se meter com um projeto do Segway...

Ainda estamos decidindo se iremos montar um protótipo de tamanho real do segway original, ou fazer um em escala bem menor chamado de "robo de balanço", porém, é o mesmo funcionamento do segway original, mas com um custo Muuuito menor...

Inicio da Caminhada!

Início...

Vamos começar  pesquisando esse "mundo obscuro" do SegWay, alguém sabe como funciona?
Então, apresentaremos aqui o passo a passo deste desafio de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) de Engenharia de Controle e Automação da Faculdade Anhanguera de Santa Barbara Do Oeste-SP.

Nosso grupo é formado por 4 alunos:

Leandro 

Tiago

Marcio

?  

Tayara

Como surgiu a idéia?

A idéia do Segway surgiu porque não tínhamos idéia do que faríamos...haha
O professor sugeriu algumas ideias e acabamos escolhendo o Segway justamente porque não tinhamos idéia do que fazia aquilo funcionar...

Quando vimos sua complexabilidade, pensamos em desistir deste projeto, mas já era, estava lançada...
Então agora é encarar e desvendar este mundo estranho do Segway...