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标准版 自平衡的莱洛三角_esp32_可充电_10*10版本

简介:esp32作为主控,5V充3串锂电池,可实现摇摆自平衡。

开源协议: GPL 3.0

发布时间:2021-09-28 09:21:48
  • 6.6w
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描述

自平衡莱洛三角形可充电版

介绍

在B站“基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形”基础上添加了充电模块 主控芯片使用ESP32,并配置了调参上位机,可以很方便的通过wifi无线调参。无刷控制使用灯哥开源FOC。制作出一个方便复刻的自平衡莱洛三角形,在桌面上作为一个摆件还是非常不错的 展示视频

(2202/3/15更新V2,增加RGB,更换电机驱动,平衡效果更好,优化bom更方便下单)v2链接

项目git程序在git自行下载。需要购买的东西也在git的物料清单。(后续更新内容都在git, 项目说明请以git为准

show.png

左:使用灯哥开源FOC2.0板测试

中:13*13cm立创紫PCB

右:10*10cm最终版本

1 软件架构

在原作者的自平衡控制电压算法上进行修改,将电压控制改为速度控制。使对模型的控制在物理上更加容易理解。并且代码的调参都可以通过连接ESP32的wifi调整。具体特性如下:

  • 基于 Arduino:运行在 ESP32 Arduino 上
  • 控制模式丰富:电压控制和速度控制

gui_main.jpg

2 硬件特性

说明 参数
莱洛三角形尺寸 100*100 mm
动量轮尺寸 80*80 mm
电池*3 厚x长x宽:7.9mmx25mmx40mm
输入电压 3.7v锂电池*3
充电电压 5V 从Type-C口输入
充电芯片CS5095 5V输入,最大1.2A充电电流
串口芯片CH340C 需要打开开关才能下载
主控芯片 ESP-WROOM-32
电机驱动芯片L6234PD 引脚:32, 33, 25, 22; 22为enable
AS5600 编码器 SDA-23 SCL-5
MPU6050六轴传感器 SDA-19 SCL-18

3 使用说明

  1. 下载完项目git所有文件后,打开arduino文件夹,解压arduino.7z完成之后双击运行esp32_package_1.0.6.exe安装esp32库环境。注意:若之前有安装过arduino,请将路径C:\Users\用户名\AppData\Local\的Arduino15文件夹和此电脑\文档内的Arduino 删除 也可自行下载Arduino并安装SimpleFOC)(但是可能会版本不对电机不动)

  2. 打开解压后的arduino文件夹内的arduino.exe,导航栏-文件-打开。选择arduino\main里面的main.ino

  3. 烧录程序到ESP32:选择工具-开发板-esp32 Arduino-ESP32 Dev module,然后连接USB口选择对应的com口,编译上传。

    1.   如无法正常编译
      1. 可能与原有arduino冲突,请查看使用说明第一条
      2. 文件夹路径含有非法字符,可以把Arduino移动到硬盘根目录下,如D:\Arduino
  4. 打开本项目内的python_gui内的可执行文件_main内的main.exe并连接上WIFI:ESP32 密码:12345678。点击设置开始调参。

  5. 连接成功后,点击disable,然后逆时针拨动动量轮,查看上位机中V参数是否为正值。注意!如果 逆时针转为为负值 那么需要将电机线任

  6. 如果电机不能正常运行可以,点击上位机中最下方的 测试部分 ,打开电压或者速度测试,滑动滑条,查看电机能否正常运行。如还不能请检测硬件电路部分。

  7. 如果不能摇摆直立,推荐调整的参数为TA、SA、SV

  8. K值可以用滑块调整,拖动滑块就会发送参数命令,但是调整到合适值之后需要自行在Arduino的main中修改再烧录一次

  9. 滑条:最左边输入框为滑块下限,右边是滑块上限,滑条等分成200份,命令是字符串,滑动滑块发送字符串 + 数值

比如让平衡角度为90度,则输入:TA90,并且会存入eeprom的位置0中 注:wifi发送命令不能过快,因为每次都会保存进eeprom,K参数没有保存到EEPROM所以可以使用滑条调整。

参数命令 说明
TA target_angle平衡角度 例如TA89.3 设置平衡角度89.3
SV swing_up_voltage摇摆电压 左右摇摆的电压,越大越快到平衡态,但是过大会翻过头
SA swing_up_angle摇摆角度 离平衡角度还有几度时候,切换到自平衡控制
VP1 速度环的PID的P,1是稳定在平衡角度之前的P值
VI1 速度环的PID的I,1是稳定在平衡角度之前的I值
VP2 速度环的PID的P,2是稳定后的P值
VI2 速度环的PID的I,2是稳定后的I值
K为LQR参数 3和4是速度控制稳定前和后
K31 LQR的参数1:稳定前的角度差值
K32 LQR的参数2:稳定前的左右倾倒加速度
K33 LQR的参数3:稳定前的当前速度
K41 LQR的参数1:稳定后的角度差值
K42 LQR的参数2:稳定后的左右倾倒加速度
K43 LQR的参数3:稳定后的当前速度 意两线互换。

4 硬件设计

使用立创EDA绘制电路原理图,LaserMaker绘制莱洛三角形和动量轮(有激光切割机可以事先切割结构作为参考)。将绘制完的图形导入到立创EDA中可作为PCB的外框。丝印图案分别是Gawr Guraouro kronii helicopter

LaserMaker绘制的plt在莱洛三角结构文件夹内

感谢嘉立创的PCB制板,使DIY电路制作变得非常便利

莱洛三角形PCB

动量轮

具体需要购买的物品在物料清单.xlsx

5 Ctrl+C +V(参考)

Arduino上的控制算法是原作者的LQR,无刷电机控制是灯哥开源FOC。电机控制引脚定义与传感器定义和灯哥开源FOC控制板2.0版一样。

Python的GUI是SimpleFOC的SimpleFOCStudio。

充电电路是立创广场开源的CS5095充电方案。

  1. 原作者:基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形BV19v411n7mN
  2. 灯哥开源FOC https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller
  3. 充电芯片电路https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu
  4. Arduino环境提供者https://github.com/kaliCYH

6 有用的地方

  1. Arduino的程序中的command.h、command.cpp可以支持任意的字符串输入。在其他项目中一样可以用,无论是wifi接收到的字符串数据或者是串口的字符串数据。
  2. GUI上位机可以在其他wifi项目中可以继续使用,用来调参还是很方便。
设计图

PCB_自平衡的莱洛三角_10*10版_二次元涂装

在编辑器中打开
ID Name Designator Footprint Quantity
1 100nF C1,C2,C5,C6,C12,C20 C0603 6
2 10uF C3 CASE-A_3216 1
3 47uF C4,C7 CAP-TH_BD6.3-P2.50-D1.0-FD 2
4 10nF C8,C11,C17 C0603 3
5 1nF C9 C0603 1
6 47pF C10 C0603 1
7 10uF C13 C 1206_L 1
8 1uF C14,C16 C0603 2
9 22uF C15 C 1206_L 1
10 100uF C18,C21 CAP-TH_BD6.3-P2.50-D1.0-FD 2
11 220nF C19 C0603 1
12 SS36 D2 SMA_L4.3-W2.6-LS5.2-RD 1
13 SS34 D4 SMA 1
14 LBAT54SLT1G D5 SOT-23_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
15 HDR-M-2.54_1x2 J1,J2,J3 HDR-M-2.54_1X2 3
16 K2-3.6×6.1_SMD KEY1,KEY2 KEY-SMD_2P-L6.2-W3.6-LS8.0 2
17 6.8uH L1 IND-SMD_L6.0-W6.0_SWPA6045S 1
18 2.2uH L2 IND-SMD_L4.0-W4.0_SMNR4020 1
19 LED-0603_R LED2,LED3,LED4 LED0603_RED 3
20 WJ126V-5.0-3P P1 CONN-TH_3P-P5.00_WJ126V-5.0-3P 1
21 MPU6050模块 P2 MPU6050模块 1
22 2N3904(SOT-23) Q1,Q2 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-TR 2
23 120R R1,R2 R0603 2
24 10.2K R3 R0603 1
25 332K R4 R0603 1
26 5k R5,R11,R16,R22 R0603 4
27 24.9K R6 R0603 1
28 3.24K R7 R0603 1
29 68.1K R8 R0603 1
30 12k R9,R10,R14 R0603 3
31 470R R12,R15 R0603 2
32 1K R13,R20,R21 R0603 3
33 10K R17 R 0805_L 1
34 82K R18 R 0805_L 1
35 100K R19 R 0805-HP_L 1
36 SK-12D02-VG5 SW2 SW-TH_SK-12D02-VG5 1
37 TPS54331DDAR U1 SOIC-8_L5.0-W4.0-P1.27-LS6.0-BL-EP 1
38 CH340C U2 SOP-16_L10.0-W3.9-P1.27-LS6.0-BL 1
39 ESP-WROOM-32 U3 WIFIM-SMD_ESP-WROOM-32 1
40 CS5095 U4 ESOP8_N 1
41 L6234PD013TR U5 POWERSO20_L15.9-W11.0-P1.27-LS14.2-BL-EP 1
42 AS5600_Modle U6 AS5600_MODLE 1
43 KH-TYPE-C-16P USB1 USB-C-SMD_KH-TYPE-C-16P 1

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