Diseño e Implementación de Vehículo Autobalanceado sobre Dos Ruedas

Presentación del tema: "Diseño e Implementación de Vehículo Autobalanceado sobre Dos Ruedas"— Transcripción de la presentación:

1 Diseño e Implementación de Vehículo Autobalanceado sobre Dos Ruedas
Leonardo Moreno B.

2 Contenidos Contextualización Descripción del sistema
Antecedentes previos Objetivos del trabajo Aspectos Técnicos Análisis de resultados Resumen y conclusiones

3 Contextualización (1/2)
Necesidad de descongestionar calles Tramos cortos Viajes Repetitivos Problema de la última milla Contaminación

4 Contextualización (2/2)
Alternativas de solución: Bicicletas Autos Eléctricos Buenos zapatos Año 2001: primer vehículo de autobalanceo comercial - Segway

5 Descripción del Sistema (1/2)
Péndulo invertido Equilibrio análogo al ser humano Velocidades entre caminata y bicicleta Gran maniobrabilidad

6 Descripción del Sistema (2/2)

7 Antecedentes previos Versiones comerciales:
Segway (2001), Winglet PT (2008) Costo Segway básico: $ Versiones caseras Aplicaciones: vigilancia, publicidad, discapacitados, elite

8 Objetivos del trabajo Construcción de modelo funcional a escala real
Curva de aprendizaje rápida

9 Aspectos Técnicos Modelación y Control Electrónica de Control
Electrónica de Potencia Diseño Mecánico

10 Modelación del sistema

11 Control a implementar: PD

12 Electrónica de Control (1/5)
Unidad de Control DSP TMS320F2808 8 salidas PWM (4 por motor) 8 entradas ADC 4 puertos seriales Acelerómetro + gyro

13 Electrónica de Control (2/5)
IMU: Inertial Measurement Unit Estimación de orientación Giróscopo Acelerómetro +

14 Electrónica de Control (3/5)
Acelerómetro ADIS16203 Interfaz SPI 0.025º de resolución (14 bits) Tiempo de muestreo: ~1 ms Medición en base a gravedad Errores en aceleraciones externas Buena estimación en largo plazo

15 Electrónica de Control (4/5)
Giróscopo IDG-300 Salida Análoga 0-3 V Sensibilidad: 2 mV/º/s Error de integración: drift Error se acumula en el tiempo Debería entregar una buena estimación en corto plazo

16 Electrónica de Control (5/5)
Interfaz de Usuario PIC18F252 + LCD Fuente Switching LM2576

17 Electrónica de Potencia (1/3)
Motores CC NPC – T64, DC, con caja reductora 20:1 24 V, 1.6 HP, 230 RPM

18 Electrónica de Potencia (2/3)
Circuitos tipo Puente H Basado en 8 mosfets IRFP2907 (2 por rama). 75 V, 90 A c/u Capacidad teórica puente H: 180 A!

19 Electrónica de Potencia (3/3)
Energía 4 Baterías de gel Ultracell UCG en serie 12 V, 18 Ah = 48 V Utilización en vehículos como carros de golf, motos pequeñas, sillas de rueda

20 Diseño Mecánico (1/6)

21 Diseño Mecánico (2/6) Estructura de acero
Contenida en diámetro de las ruedas

22 Diseño Mecánico (3/6) Ruedas 50 cm de diámetro
Masas Shimano para freno de disco

23 Diseño Mecánico (4/6) Acoplamiento Ruedas - Motor
Pieza de duraluminio, eje de Acero 1040

24 Diseño Mecánico (5/6)

25 Diseño Mecánico (6/6) Volante

26 Resultados (1/6) Principales Características Peso: 40 Kg.
Velocidad Máxima: ~ 6 km/hr Autonomía: ~5 hrs Ángulo máximo: ~10º Radio de giro: 0 m VIDEO

27 Resultados (2/6) Problema IMU: giróscopo Baja sensibilidad
Valor de referencia ZRO variable Señal es ¿Giro o error? Error adicional al drift

28 Resultados (3/6) IMU: giróscopo Consecuencia
Requiere corrección externa No confiable para corregir inclinación Sólo sentido de caída Consecuencia Estimación sensible a movimientos bruscos (corto plazo) Vehículo tiende a oscilar Requiere mayor destreza

29 Resultados (4/6) Curva de aprendizaje
Pruebas con pasajeros inexpertos: ~ 30 min Video 1 Video 2 Video 3

30 Resultados (5/6) Costos de Materiales
Electrónica de Control: $ Electrónica de Potencia: $ Motores y Baterías: $ Elementos Mecánicos: $ Otros: $19.875 Total Materiales: $ Costos internación: $ (ya incluidos)

31 Resultados (6/6) Costos Adicionales Mano de Obra: $3.200.000
Uso de Taller: $ Costo Total: $ Costo Segway: $

32 Resumen Caminata humana Versiones existentes
Diferentes áreas de ingeniería Implementación IMU Video

33 Conclusiones Se logró vehículo funcional
Curva de aprendizaje más lenta de lo esperado Requiere alta precisión en IMU Costos asociados relativamente bajos Primer prototipo en el país

34 Diseño e Implementación de Vehículo Autobalanceado sobre Dos Ruedas
¿Preguntas? Diseño e Implementación de Vehículo Autobalanceado sobre Dos Ruedas Leonardo Moreno B.