اللوحة المتوازنة بعجلة واحدة

اللوحة المتوازنة بعجلة واحدة

سنتكلم في هذا المقال عن صنع اللوحة الأحادية المتزنة ذاتيا، وهي بكل بساطة لوحة تزلج عادية ولكن باختلاف أنها تدور بالكهرباء وبعجلة واحدة فقط.

تقديم

تعتبر مثل لوح التزلج العادي ولكنه بعجلة واحدة في المنتصف مع نظام توازن تلقائي مع امكانية التحكم بها بجهاز تحكم يمسك في اليد.

وهو من المشاريع المميزة جدا والشيقة في تصنيعها وأيضا ممتعة في استخدامها. أتمنى لكم قراءة ممتعة مع مشروعنا.

الأجزاء الرئيسية

هذة قائمة بالأشياء التي سوف تحتاجها ويجب أن تكون مبدعا في اختيارك للأجزاء لأن ليست كل الأجزاء متوفرة في كل مكان. وحاول القراءة أيضا عن المحركات الكبيرة والبطاريات الكبيرة التي تستخدم مع الروبوتات الكبيرة وستجدها مفيدة.

العربية
إنجليزية
فرنسية

القيمة أو الصيغة

الصورة أو الرابط

المتحكم الدقيق

Microcontroller

متحكم من نوع ATmega32 على لوحة متطورة أو أي نوع من المستخدم في الروبوتات الذكية سيفي بالغرض.

لوحة Arduino UNO مثلا

جيرسكوب

Gyroscope

IMU Combo Board - 2 Degrees of Freedom – ADXL320/ADXRS150

منظم تسارع

Accelerometer

Accelerometre

Accelerometer Interface Board ADXL202JE

المحرك
Motor
Moteur

يمكن استخدام نفس المحرك الموجود هنا وهو بقدرة 24Volt 420 Watt يعتبر جيدا ورخيصا أيضا.

الرابط

متحكم المحرك
Motor controller
Controleur de Moteur

يأخذ تعليمات من الميكروكنترولر ويستخدمها للتحكم في قدر الطاقة القادم من البطاريات للمحرك ويجب أن يكون متوافقا مع التيارات العالية.

الرابط

سير السلسلة

Chain

Chaine

219 chain هي المستخدمة هنا في النموذج وهي صغيرة المقاس وسهل الحصول عليها من الإنترنت.

الترس الكبير

Sprocket

Pignon

ستجها أيضا بجميع المقاسات والأشكال.

معلومات عنها

حامل للترس بفجوة 30 ملم لمحور العجلة

Sprocket carrier for 30mm axle

Support de Pignon pour l'axe de 30 mm

العجلة
Wheel
Roue

أكبر عجلة ممكن أن تجدها ستكون أفضل كما هو موضح في النموذج والصور أسفله. ومن الأفضل أن تكون عريضة ومفلطحة. بالإضافة لمحور معها تدور حوله عند المسير.

محور للعجلة
Axle
Axe

قطع الألواح المعدنية للجوانب بالليزر

من الممكن أن تحاول القيام بهذا الجزء بنفسك مع أدوات مثل المنشار الحدادي والمبرد ولكن الأفضل أن تجد اقرب ورشة لك وقت تساعدك على إتمام العملية وبأقل مجهود.

البطاريات
Battery

lead-acid 12V, 12 Amp-hour

الخطوة 1: التصميم

في البداية يجب تصميم الـهـيكل الخارجي، كما موضح بالصورة هذا هو تصميم الهيكل الجانبي وموضح عليه مكان المحرك والعجلة والبطاريات ولوحات التحكم. وسنترك لك الإبداع لتضيف لمساتك سواء صنعتة من الخشب أو المعدن واعطائة الشكل المناسب والمتوافق معك.

نصيحة: صناعتة من المعدن مكلفة قليلا ولكنها افضل وتعطي النموذج قوة ومتانة أثناء الإستخدام.

الخطوة 2: مراحل التصنيع

الآن وقد تم صنع الهيكل الجانبي من الستانلس القوي، وترى أيضا أن مكان ثقب المحرك في المكان الخاطئ لذلك توجب عمل ثقب آخر. كما نلاحظ وجود حيز صغير ليسمح بتحرك المحرك للخلف. وذلك لكي أضع السلسلة أو الجنزير على الترس الكبير وبعد ذلك ارجع المحرك للخلف لكي تكون السلسلة مشدودة بالمعيار الصحيح. وهناك ذاك الشيء الأحمر وهو الـحامل الذي سيحمل الترس الكبير الذي سيركب بالاكس.

هذا منظر مقرب لمكان دخول الاكسل وقد استخدمت شخصيا مقاس 30mm. وتجدر الإشارة أنه يوجد منه جميع المقاسات المتوفرة ويتم ربطه باستخدام المفتاح في أسفل يمين الصورة.

وترى في هذه الصورة الإنتهاء المبدئي من الهيكل ونلاحظ أن محاولة جعله مثل الصندوق المغلق أو شبيه به للحفاظ على محتوياته ومع الحفاظ أيضا على عدم زيادة الوزن حيث أن البطاريات والعجلة والمحرك تعتبر ثقيلة نوعا ما.

وهذا منظر أفقي للنموذج وترى فيه البطاريات واضحة والمحرك في مكانه والعجلة أيضا مع مراعات وجود فراغات بين العجلة والجسم كما ومن المفضل أن تكون صغيرة قدر الإمكان.

منظر جانبي يوضح الترس الكبير على العجلة، وأيضا نلاحظ الترس الصغير جدا على المحرك. ويوضح الشكل أيضا كيفية شكل السلسة أو السير عند التركيب.

الخطوة 3: نظام التحكم

من الطبيعي أنـك ستقضي وقتا طويـلا في برمجة وتطوير نظام التحكم، كما من الطبيعي أيضا أن لا يعمل من أول مرة، ولكن لا تقلق وحاول دائما الإجتهاد في البحث والتجريب وحتما ستصل لنتائج جيدة.

ستحتاج دليلا يوضح لك عمل هذه الدارة، وبالطبع ستبحث عن الخاصة بأنظمتك على الإنترنت وتحاول تطبيقها. اجعل لك معملا أو مختبرا صغيرا كالذي في هذه الصورة موزدا بالأدوات اللازمة كـمكواة اللحام ومسدس الـشمع وهكذا لتسهل التجارب وتصل للنتائج بسرعة.

وحاول توصيل الكنترولر والمحرك وكل شيء على قطعة خشب مثلا من أجل التجربة.

أعلى يسار الصورة تجد الميكروكنترولر مع منظم التيار جاهزا للعمل وعلى يمينه منظم التسارع على بردة وحده، وهو ينتج 0 أو 5 فولت حسب توجيه زاويته، ومبين عليه في أي اتجاه هو لأعلى. ويوجد به مشكلة صغيرة وهي أنه حساس جدا للاهتزاز.

أما الجيروسكوب فهو مصنوع من السيليكون وموضوع في العلبة السوداء المبطنة بالوردي وسط الصورة. برمجيا، نخلط أداء الجيروسكوب مع اداء منظم التسارع لنحصل على فاعلية التوازن.

وأخيرا المحرك طبعا في أعلى اليمين والكابل المستخدم لبرمجة الميكروكنترولر على الحاسوب.

يجب أن تجعل كل شيء معد للإختبارات التي تحتاج أن تقوم بها مثل سرعة لف المحرك واختبار أداء جميع الدارات الكهربائية ليسهل عليك بالطبع المتابعة والتعديلات الأخيرة.

الدارة الموجودة في أسفل يمين الصورة هي ما نسميه متحكم المحرك "motor controller" من نوع "OSMC"، وهي جيدة جدا وتستخدم في الروبوتات الكبيرة حجما، وهي مصممة للعمل بكفائة عالية وتستوعب كمية كبيرة من الطاقة ولا تتلف بسهولة.

ضع اللوحة على مربع بلاستيكي للإختبار. وأنصح باستخدام أسلاك سميكة حيث أنها تتعرض لضغط شديد في بعض الأحيان.

يجب أن تقوم ببرمجة اللوحة من الحاسوب عن طريق كابل متتالي Serial Cable“.

قد يتطلب الكثير من الوقت والجهد لكي تتعمق في فهم برمجة الشرائح والحاسوب. وإذا كنت مبتدئا في هذا المجال فعليك بالمعلومات المتعلقة ببرمجة الميكروكنترولر انطلاقا من الحاسوب وراجع الروابط في قسم المراجع في اخر المقال، وأيضا يمكنك زيارة قسم برمجة البطاقة أردوينو من الرابط التالي:

البرمجة في أردوينو

بخصوص الميكروكنترولور أو المتحكم الدقيق "Microcontroller"، يجب أن يكون متصلا بمتحكم المحرك "OSMC" لأن الأول يرسل تعليمات برمجية للثاني لكي يستطيع هذا الأخير التحكم في سرعة المحرك واتجاه دورانه.

يتم هذا التحكم عن طريق ما يعرف بالنبضات الـكهربائية "Pulse" حيث يرسل الميكروكنترولر نبضات سريعة بقوة 5 فولت في أجزاء من الثانية لمتحكم المحرك فيقوم هذا الأخير بتمرير الـكهرباء للمحرك بقيمة هذه النبضات، وبهذه الطريقة يتحكم الميكروكنترولو في سرعة دوران واتجاه المحرك عن طريق نقل الإشارات من الميكروكنترولر إلى متحكم المحرك ومنها إلى المحرك.

لكي تستطيع العمل على برمجة الشريحة قد تحتاج لـكثير من الوقت، ولكن لمزيد من المعلومات تابع الروابط في قسم المراجع في آخر المقال. الفكرة الرئيسية هي وبكل اختصار تتمثل في المعادلات التالية:

زاوية الدوران = كمية الإمالة المأخوذة من قراءة الجيروسكوب آخر مرة

الزاوية الجديدة= 0.99*( الزاوية القديمة + زاوية الإمالة في المعادلة السابقة)+0.01*(إمالة منظم السرعة)

الزاوية الجديدة هي الإمالة الأفقية. ولكي تتحكم في سرعة الدوران يدويا ستسير الزلاجة ببطئ نحو اتجاه الإمالة ومن الممكن برمجتها لكي تزيد من سرعتها حسب حدة واتجاه الإمالة.

آن الأوان الآن لـتجميع الأجزاء ووضعها في الهيكل بعد أن قضيت وقتا كافيا في البرمجة والتجريب والإختبار.

  • يوجد الميكروكنترولر في الصندوق الوضوع أعلى اليسار. وهو موصل من الطرفين لكي تستطيع برمجته وهو في الهيكل.

  • أما منظم الإمالة ومنظم السرعة في وجدان في الصندوق الصغير.

  • متحكم المحرك في الصندوق الرمادي وهذا الأخـير هو متحكم يدوي لكي تستطيع تغير قوة النبضات في الميكروكنترولر من 0 إلى 5 فولت.

نلاحظ أننا قمنا بلحام مقاومتين بقدرة 320 اوم وذلك لمنع دخول أي تيارات كهربائية زائدة عن دون عمد وقد تؤدي إلى تلف الميكروكنترولر وهي تعتبر من الخطوات المهمة.

الصورة الثانية هي منظر للمتحكم اليدوي من الداخل ومن المهم جدا وجود مفتاح رئيسي لقطع التيار خلال حركة الآلة، لأنها ثقيلة وممكن أن تـؤذيـك في حالة حدوث شيء خاطئ.

الخطوة 4: التجميع الكلي

والآن بعد تجميع كل شيء، ولكي تسهل عليك ترتيب الأجزاء في مكانها (البطاريات، المحرك، والدارات الكهربائية وأيضا العجلة الكبيرة) سيتم تغطية الهيكل بغطاء خشبي مستوي وهو أعلى الزلاجة. يجب أن يـكون قويا كفاية للوقوف عليه للتحكم بالزلاجة.

الآن يتم برمجة الميكروكنترولر عن طريق كابل من نوع ريبون من جهاز حاسوب قديم، والبرنامج المستخدم في برمجة الميكروكنترولر هو "Ponyprog" وهو متوافر وموجود على الإنترنت وفي موقع إصنعها أيضا:

Ponyprog

تحتاج لـقليـل من المجهود عند تجميع الأجزاء الداخلية. فعوضا عن استخدام بطاريات صغيرة الحجم من الممكن استبدالها بأخرى كبيرة الحجم وعند لحم أسلاك البطاريات استخدم مكواة لحام كبيرة الحجم أو استخدم مكواتين عاديتين مع بعض.

إذا حدث وتوقفت البطارية لعطل ما أثناء الإختبار، فحتما ستحس أن الآلة توقفت عن العمل ولكن الزلاجة ستبقى تسير لمدة قصيرة.

كما ترى هنا، منظر آخر لتجميع الأجزاء الداخلية ونميز كابل البرمجة باللون الرمادي وبجانبة كابل الصوت الأسمر الذي يستخدم في توصيل المتحكم اليدوي بالمكروكنترولر، وقد تم تنظيم الميكروكنترولر لإرسال نبضة بقدرة 5 فولت عند كل دورة للبرنامج، تقريبا 100 دورة في الثانية الواحدة.

وبالنظر إلى هذه النبضات وعدها نستطيع أن نستنتج مدة الدورة الزمنية. ونحن نحتاج لمعرفة ذلك لأنه عند إضافة أي شيء جديد للبرنامج، فـمن المحتمل أن يقوم بتقليل السرعة قليل. لذلك يجب أن نعرف المدة الزمنية لآخر دورة حتى نستطيع حساب القيم المصححة وإضافتها لـخوارزمية العمل.

هذا هو ما يعرف بـمقياس الذبذبات، حيث يبين هنا معدل الذبذبة.
هنا استدخمنا حاسوبا عاديا وعليه برنامجا يمثل مقياس الذبذبات. ويمكنك أيضا الحصول عليه من ebay بسعر رخيص وكل ما عليك معرفته هو الفترة الزمنية بين كل ذبذبة والأخرى.

وهذا متحكم يدوي آخر وهو يتميز بصغر حجمه وخفة وزنه، حتي ولو سقط على الأرض فلا يتحطم أو ينكسر بسهولة. وبه مفتاحين أحدهما يستخدم للتسارع، والآخر، الأحمر اللون، يجب أن تضغط عليه لتظل الآلة تعمل واذا تركته تنطفئ الآلة فورا.

وأخيرا منظر رئسي للمشروع بعد تجميع جميع الأجزاء، ولمعرفة مستوى شحن البطاريات وضعنا شاشة صغيرة على شكل شريط من الصمامات الضوئية "LED" بالألوان الأحمر والأصفر والأخضر.

أما مفتاح الدائرة الرئيسي فيوصل البطاريتان ببعضهما البعض، لأنهما موصلتين بالتوازي وعندما نغلقه تنفصل البطاريتان عن بعضهما البعض ونتمكن من شحن كل بطارية على حدة بواسطة شاحن 12 فولت وليس 24 فولت فانتبه!

والآن مع أصعب خطوة وهي الإختبار والإختبار ثم الإختبار...

هي ليست بالـمهمة الـسهلة. ففي البداية كانت سهلة عندما كان الهدف هو الموازنة، ولكن بعد الموازنة أصبح هناك العديد من الإختبارات والتجارب الممتعة التي تستطيع أن تجربها. وبعد اختبارات عديدة تستطيع الزلاجة تخطي عائق في الـطريق بارتفاع انش واحد فقط وهنا ياتي دورك بعد صناعة هذا المشروع أن تجرب وترى قدرات مشروعك بعد صناعته بيدك.

شكرا لقرائة المقال والله الموفق في صناعته. وأتمني الخير لكل أمتنا العربية.

تأليف

تأليف: XenonJohn

البــريد الإليكتروني: عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

الـموقع الإليكتروني: http://sites.google.com/site/onewheeledselfbalancing

ترجمة بتـصــــرف: محمد عبد الرحمن الأنصاري (مصر)

البريد الإليكتـروني: عنوان البريد الإلكتروني هذا محمي من روبوتات السبام. يجب عليك تفعيل الجافاسكربت لرؤيته.

المراجع

http://www.instructables.com/id/Self-balancing-one-wheeled-electric-skateboard/?ALLSTEPS

http://tlb.org/scooter.html
http://www.enicycle.com/media.html
http://www.youtube.com/watch?v=HGbbag9dklU
http://sites.google.com/site/onewheeledselfbalancing
http://fwd.five.tv/gadget-show/blog/anywhere-anytime-enicycle

مراجع لبرمجة الشريحة

http://www.robotpower.com/catalog/
http://www.siliconsensing.com/CRS03packaged
http://www.azusaeng.com/Sprockets/AzSDno219.pdf
http://www.active-robots.com/products/controllr/active-boards.shtml
http://www.active-robots.com/products/sensors/sparkfun/imu-gyros.shtml

أضف تعليق


كود امني
تحديث


Go to top