طراحی و پیاده سازی سگوی خود تعادل دوچرخ با استفاده از پردازنده های دیجیتال

در سال های اخیر بکارگیری تکنولوژی نیمه هادیها و پردازش دیجیتال در صنعت باعث ظهور ابزارهای پیچیده ای در حوزه کاربردی تجاری و خانگی شده است. سگوی یکی از این پدیده هاست که جای خود را در بسیاری از منازل، مراکز خرید، فرودگاه ها و ... باز کرده است. در این پایان نامه طراحی و ساخت نمونه ای از این وسیله نقلیه با کمک پردازنده های دیجیتال و حسگرهای ارزان قیمت mems مورد نظر است. با توجه به پیچیدگی ساختار کنترلی یک سگوی، که ماهیتی ناپایدار دارد، طراحی با ارائه یک مدل ریاضی دقیق آغاز می شود. در این مرحله به کمک قوانین نیرو و گشتاور و ارائه یک مدل مکانیکی ساده از سگوی، معادلات حاکم بر کلیه زوایا، دوران ها و سرعت ها بدست می آید. برای تایید مدل بدست آمده یک نمونه کوچکتر از سگوی ساخته شد. با انجام آزمایش بر روی آن درستی مدل ریاضی مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با تعمیم مدل بدست آمده به یک سگوی در اندازه واقعی، در نظر گرفتن یک کنترلر pid و انجام شبیه سازی ها در محیط نرم افزار، مشخصات عمومی عملگرها و حسگرهای مورد نیاز از نظر دامنه کار، پاسخ فرکانسی مناسب و بهره مورد نیاز تعیین شد. با کمک نتایج بدست آمده از مرحله شبیه سازی، شاسی مکانیکی ساخته شد و اجزای مختلف مورد نیاز برای آن جداگانه طراحی و ساخته شدند. حسگرهای شتاب برای اندازه گیری زاویه انحراف از خط عمود، ژیروسکوپ ها برای اندازه گیری سرعت زاویه ای چرخش محور سگوی، شافت انکودرها برای اندازه گیری سرعت دوران چرخ ها، جداگانه و کالیبره شدند. مدار راه انداز موتورهای مغناطیس دایم نیز با تکنیک pwm در مرحله بعد اضافه شدند. این مدار برای کاهش نویز القایی از یک باتری مستقل استفاده می کند. مغز متفکر دستگاه نیز که وظیفه ایجاد ارتباط بین تمامی اجزا را داشته و حلقه کنترل را نیز به صورت دیجیتال پیاده می نماید به شکل موازی طراحی و ساخته شد. پس از مونتاژ مجموعه و رفع مشکلات بیشمار پیش آمده سر انجام سگوی ساخته شده توانست بدون حضور اپراتور به تعادل برسد. در مرحله بعد و با تکمیل برنامه امکان کنترل پایدار آن توسط اپراتوری سوار نیز فراهم آمد. برای حرکت به سمت جلو کافیست اپراتور محور اصلی سگوی را قدری به سمت جلو متمایل کند. این عمل معمولا با انتقال بخشی از وزن به جلو انجام می شود. برای کاهش سرعت و یا توقف و حرکت به عقب نیز اپراتور می تواند وزن خود را به عقب میل دهد. برای انحراف به چپ و راست نیز در نمونه ساخته شده دو کلید در دسته کنترل قرار داده شده که با فشردن هر یک، سگوی به همان سمت متمایل می شود. این عمل با کاهش سرعت چرخ در سمت مورد نیاز انجام می شود. آزمایشهای انجام شده بر روی سگوی ساخته شده نشان می دهد که این وسیله می تواند با سرعتی حدود 1متر برثانیه حرکت نماید. باتری های موجود نیز تداول حرکت باری 30 دقیقه را تضمین می نمایند.