製作基於Arduino的自平衡踏板車手工電子DIY教程

DIYer: ScitechWA 製作時間: 前後約3星期 製作難度: ★★★★☆ GEEK指數: ★★★☆☆

1   自平衡踏板車1.0版本

前段時間，我看到有人DIY了一隻平衡滑板，覺得自己也可以做一個類似的平衡平臺來測試一下技術。所以我專門去購買了兒童踏板車的一些後端部件（裡面有馬達和驅動輪），還有XenonJohn建議的電子元件。

滑板車地址：

我們可以用和平衡滑板相同的方法在平衡元件上搭一塊站立臺板，但輪子要分得更開，臺板還要旋轉90度。

兒童踏板車的後端部件非常小，但速度夠快，易於測試。

另外，注意不要有太大的衝撞！比如我們就只少了腿上幾塊皮，還在牆上戳了個小洞洞。

 

1.1   先展示一些小細節

現在，我們成功買到了兒童踏板車一些後端部件（馬達和驅動輪）和XenonJohn推薦的的電子元件，還弄到了一些三夾板、平面金屬板和鋼管。

我們將所有東西焊在一起，做出一塊可供站立的區域，還有前方凸出的握把。馬達要用螺絲釘固定在兩側，電路則固定在前面。再把電池式手電筒拆成兩半，裝到一隻馬達上面當做電池盒用，這樣電工們就得換個新的手電筒了。

我們又找了一塊舊的膠合板製作站立臺板，現在它看上去稍微有點踏板車的雛形了。

我顛來倒去幾次，終於搞對了馬達的極性。過程儘管艱難，但馬達第一次跑起來效果就很不錯。馬達的額定電壓是24V，我們用的電池只有18V，所以需要調整一下力矩和功率值，調整之後效果顯著，馬達跑得很好。

 

1.2   元件

這次DIY，你需要用到以下元件（網購是你的好朋友）：

○ Arduino UNO——看看手邊有沒有，沒有可以網購

○ Sabertooth 2x52馬達控制器

○ 5自由度的加速度計

○ 2只從兒童踏板車上拆下來的後端部件，或者分別購買馬達和驅動輪

○ 電池——密封鉛酸電池物美價廉，動力鑽也可以買得很便宜。如果鋰電池是你的菜，鋰電池也不錯。

○ 用於加速度計的遮蔽多芯電纜，用於馬達的大功率電纜

○ 安全操作開關

○ 控制轉彎的撥動開關

○ 調整平衡位置的撥動開關

○ Arduino直流介面

○ 匹配Arduino的DIL管腳

○ 雙面膠

○ 螺絲釘

 

1.3   工具

除了正常工具之外，最好請有焊接機的人幫你焊接固定框。

需要用到的其他工具：

● 鑽子和鑽頭

● 烙鐵和焊錫

● 剪線鉗和剝皮鉗

● 熱縮材料和熱氣槍

 

1.4   固定框和馬達

為了製作固定框，我們在每一側都用了幾塊三夾板、兩片金屬盤，把踏板車的馬達部件固定住。

切割兩塊三夾板，寬度適合雙腳踩踏就行。

再在金屬板上鑽幾個洞，好匹配踏板車驅動輪部件上的螺栓孔，再把金屬盤焊接到三夾板搭建的臺板上面。

我們還在前端裝了一根立杆，在立杆上焊了T型把手，方便雙手握把。又在直立的把手和第二塊三夾板上之間加了一塊三角板加強固定。

現在可以把輪子擰上去了。

 

1.5   電路

你可以看到，這兒並沒有很多電子元件，只有Arduino、IMU（慣性測量單元）、馬達驅動和一堆開關。

開關和IMU的接線都必須是遮蔽線，除非IMU非常靠近Arduino。IMU應該儘量裝在臺板的中央或前面，比如我們就把IMU固定在了前端的盒子裡。

從圖中你可以看到，我們其實把所有東西都固定在了那個盒子裡，騎踏板車的時候只能操作切斷開關，左右駕駛和傾斜控制。

另外，電池被安裝在了馬達的頂部。

 

1.6   程式碼

程式碼和XenonJohns寫的基本上一樣，只是額外調整了功率值和力矩值，因為我們在用18V的電池跑24V的馬達。

在程式碼的開始處，我們定義了2個負責調節功率和力矩的變數。

 

下載連結：

 

 

2   改進版自平衡踏板車（2.0版本）

在製作了第一版自平衡踏板車作為測試平臺之後，我們覺得它還挺酷的，所以決定再製作一版。

這次我們需要新增一些小特色：

1.2只14.4V的鋰電池 2.馬達和車輪元件的固定框 3.高度可調節的把手 4.效能優異的CNC(電腦數控)平臺 5.花紋鋼板

所以，這一版的製作材料基本和上一版的踏板車完全相同。

 

2.1   建造細節

首先，我們對第一個裝置中存在的爭論點進行了討論，在這個版本中達成了一致。

最大的問題是兒童踏板車的後端部件是廉價的壓盤，超重時會彎曲變形。所以我們用鐳射切割了一塊金屬盤來代替固定框固定馬達和輪子。固定框用25mm的鋼管制成，還進行了增強，好讓它支撐更多重量。

前把手做成了高度可調節的，這樣小矮個也可以騎了。

由於市面上沒有比較便宜的、用我們現在用的這種電池的手電筒，只好自己做了個電池盒。

然後加上了花紋鋼板，看起來更專業一點。

 

2.2   元件

除了電池之外，其他的元件都和上一版相同。

你需要用到：

● Arduino UNO——看看手邊有沒有，沒有可以網購

● Sabertooth 2x52馬達控制器

● 5自由度的加速度計

● 2個從兒童踏板車上拆下來的後端部件，或者分別購買馬達和輪子

● 電池——密封鉛酸電池物美價廉，動力鑽也可以買得很便宜。如果鋰電池是你的菜，鋰電池也不錯。

● 用於加速度計的遮蔽多芯電纜，用於馬達的大功率電纜

● 安全操作開關

● 控制轉彎的撥動開關

● 調整平衡位置的撥動開關

● Arduino直流介面

● 匹配Arduino的DIL管腳

● 雙面膠

● 螺絲釘

2.3   工具

除了正常工具之外，最好請有焊接機的人幫你焊接固定框。

需要用到的其他工具：

● 鑽子和鑽頭

● 烙鐵和焊錫

● 剪線鉗和剝皮鉗

● 熱縮材料和熱氣槍

 

2.4   固定框和馬達

固定框做得非常牢固。我們為“輪子+馬達”的元件使用了25mm的RHS方管和鐳射切割的金屬盤，所以它不會再像上一個固定框那樣扭曲了。

前把手做成可調節式，我們還在頂部加了漂亮的握把。

 

2.5   電路

就像你在電路圖中看到的那樣，這次的電路非常簡單，和我們製作的前一個版本完全一樣。

開關和IMU的接線都必須是遮蔽線，除非IMU非常靠近Arduino。IMU應該儘量裝在臺板的中央或前面，比如我們就把IMU固定在了前端的盒子裡。

從圖中你可以看到，我們其實把所有東西都固定在了那個盒子裡，騎踏板車的時候只能操作切斷開關，左右駕駛和傾斜控制。

另外，電池被安裝在了馬達的頂部。

 

2.6   程式碼

程式碼和XenonJohns（這個DIYer的主頁地址：）的程式碼基本相同，不過額外調整了一些功率值和力矩值。

 

下載連結：

在程式碼的開始處，我們定義了2個負責調節功率和力矩的變數。