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教室運轉手,加速! YEHEY model. 0001 DESKTANK

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小時幻想課桌椅成為駕駛艙,操控著方向盤,或是控制桌上的儀錶板,在校園內奔馳,而我們期待能將這個小小的 FANTASY 實現。本作品使用傳統的木製課桌椅搭配電控系統,加上兩顆動力輪和兩顆萬向輪,模擬戰車的轉向系統,組合成課桌椅戰車,而它將馳騁在校園走廊上,穿梭在同學們羨慕的眼光之間。在實現想像的同時,也希望透過小朋友熟悉的物件,開啟他們對 MAKER 的興趣,讓腦中的奇想透過實作而實現,期許他們未來能夠加入 MAKER 的行列之一。

2016 年,過完年後,看著 5186 工作室中不知道怎麼收的報廢課桌椅們。思考到台灣學生學習時數每天高達九個半小時,堪為世界之冠。這樣的情況之下,我們為何不就直接來動手做一個能讓台灣學生學習更有效率的課桌椅 YEHEY model:0001 , DESKTANK 呢!

YEHEY model:0001 , DESKTANK

  • 雙馬達驅動,綜合功率高達 350 Watt。
  • 最高輸出功率高達 2400 watt。
  • 巡航速度高達 300 m/min。
  • 差速驅動與駕駛人機體感控制界面,直接利用您的高檔球鞋微調車輛動態。
  • 駕駛整合式全景系統,在您頭部與眼神旋轉的同時提供全車 360 度無阻礙的視野。

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本教具採用 XBOX360 手把控制車輛兩顆馬達,適時搭配駕駛的雙腳微調車速。基礎架構為一樹莓派 Raspberry Pi3,接收 XBOX 手把訊號後,送出命令給兩顆 BLDC 馬達驅動器。驅動雙邊各一顆額定 350 w 的輪轂馬達。電池系統採用三顆 12 V 14 Ah 鉛酸動力電池串連。樹莓派相關控制主程式請點這裡

目前主程式版本為 LEVEL 1. 等級,還有相當多目標尚未達成,僅為因應 Maker Faire Taipei 2016 展出使用。(如果要等級零的再利用可參考這個以及這個

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在系統中採用的是 6 吋的輪轂馬達。這馬達其實就是市場上 2015 年大紅大紫的平衡車 HOVERBOARD。

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為什麼 YEHEY studio 要這麼做呢?

除了提升學生學習效率外,不外乎就是想像到這些平衡車也許再過幾個月就在家中的角落生灰了。這樣的情況下也許我們能讓他從別種方式生輝! DeskTANK 已平衡車的主要零組件構成。但實際上我們並沒有一台平衡車。考量到製作成本,我們設法取得平衡車的核心零組件:馬達與控制板。(平衡車基本架構請看到這裡這裡

在電路上面簡單介紹 Main board 跟 Auxiliary boards 的功能,Main Board 除了連接兩片 Auxiliary boards 外,還連結電池、總開關、充電插頭與馬達。基本功能能視為一個雙馬達的驅動器。而兩片 Auxiliary boards 上有感應踩踏的紅外線開關外,另外就是加速度感測晶片了。 連結 Auxiliary boards 跟 Main Board 的通訊協定是 9 bits per byte 的 UART 格式。 通訊協定中的細部還在破解中,所以這就是為什麼這次參展的版本為 LEVEL 1. 的原因了。

接下來就來談談 Maker Faire Taipei 2016 這個版本的設計吧!

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在車架的安全性上和後續的沿用性上,最終我們選擇了 NC 車削的馬達固定架與白鐵鋼管底盤。

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動力部分之所以退為 LEVEL 1. 的情況,就是代表著我們還無法直接全沿用平衡車的零組件。馬達驅動器的部分首先我們使用電動腳踏車的控制器,網路上買到的超便宜新台幣 500 元以內。一般的腳踏車控制器是使用電平訊號來控速的。不過拿樹莓派送 PWM 也能通就是了,估計可用電壓有效值來計算。 這邊需要注意的是樹莓派的腳位輸出一般是 3.3 v 的,也就是說要是控制器只有 5 v 的話,那就會硬生生的被限制油門開閉大小了。

然而就在看似如此簡單順利的時候,居然賣家送來的兩顆腳踏車控制器其中一顆是故障的,因此我有先訂了兩張工業用的馬達控制器,這價錢就高一些,一張板子就要兩千多。但是功能相當豐富,包含 RS485 通訊介面、正反轉煞車、位置控制等等等。只能說服自己以後還能用在別的地方了。

總而言之,這樣回頭問題就限縮到遊戲手把到樹莓派還有樹莓派輸出的部分了。目前版本的程式仍然是沿用電動腳踏車的程式再稍做修改,仍為 PWM 與煞車倒車訊號數位輸出。在最簡架構下應走 RS485 通訊介面在 LV 1. 的版本中並沒有實現。以 Python3 實現的主程式請點這裡,應用到的工具有 pygame 與 RPi.GPIO,展出當天在現場因為差速部分還在繼續微調程式。

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沒有注意到的是,因為差速驅動的特性,與本車重心與驅動都集中在座椅部分,在前進轉向部分需要有更大的差速比以增加車頭指向的靈敏度,因為我將手把的控制訊號都限縮在 0~1 的區間,計算上能視為以百分比。最終採用的手法則是將轉向的百分比值做 1/2 或 1/3 指數運算的方式放大差速比。而倒車部分不需要調整即有相當靈敏的反應。

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本文轉載自作者個人部落格,並經同意修改。

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葉人瑋

有點害羞,不太會對人說話。 透過創造,實現生而為人的權利。享受在成就感之中。 不管多大、多小、多重、多貴、多便宜,實現心之所向。