Projets:Trotti wheel

Description du projet

Ce projet a été réalisé lors d'un hackathon de deux jours co-organisé par La petite rennes, My human kit et keolis. Le but est de ré-utiliser les moteurs de vélostar de kéolis pour motoriser des fauteuils roulants.

My Human Kit a déjà réalisé d'autres projets de motorisation de fauteuils roulants manuels à partir de trottinettes :

• troti-e
• O-trotti

Les premières études/projets pour prendre la main sur les moteurs et pouvoir les contrôler ont également été réalisées en amont sur les projets suivants:

• Banc de test moteur/batterie
• Hope_and_bike et Velo assistance electrique
• Adamroule

Cahier des charges

Détail des contraintes :

Économiques : Le coût global du système ne doit pas dépasser 1000€

Environnementales : Le projet doit être constitué d'un maximum de pièces recyclées, ré-utilisés

Industrielles : Le système doit pouvoir être reproduite par le plus grand nombre de personnes possible, notamment dans les FabLabs

Matérielles : On doit utiliser le système d'assistance électrique de vélo présent dans les vélostar de Kéolis

Analyse de l'existant

• electric longboard: https://hackaday.io/project/12123-electric-longboard
• Trampa board choisit aussi VESC dans son haut de gamme commercial: http://cintop.com/atb-motor-wiring-diagram#

Equipe

• Boris de l'association La Petite Rennes
• Tristan de l'association La Petite Rennes
• Aurélien de l'association La Petite Rennes
• Alan de l'association La Petite Rennes
• Antoine de l'association La Petite Rennes
• Vincent
• Delphine de l'association MHK
• Yohann de l'association MHK
• Guillaume de l'association MHK
• Philippe de l'association MHK
• Stéphane de l'association MHK
• André de l'association MHK

Matériel nécessaire

• Matériel de soudure à l'arc pour le châssis
• Une articulation mécanique de photocopieur
• Des barres et des tubes en acier de différentes longueur/largeur
• Un moteur de vélo à assistance électrique
• Une batterie de vélo à assistance électrique
• Un contrôleur de moteur open source : Contrôleur de moteur
• Une roue de vélo pour enfant : 20 pouces

ATTENTION : le moteur de vélo doit être lié à la roue, pour ce faire nous avons identifié 2 solutions :

 - Rayonner la roue avec le moteur/moyeu, c'est très complexe
 - Réaliser 2 flasques en dibon pour relier la roue au moteur

Outils nécessaires

• Poste de soudure à l'arc avec des baguettes
• Outillage classique de métallier : pinces, marteau, tournevis ...

Coût

Etant donné que nous récupérons le moteur, la batterie et le contrôleur de vélo gratuitement suite à un partenariat avec keolis, le coût global s'élève à environ 150 euros. Le cout détaillé :

• ESC (Electronic Speed Control) : 100€
• des boutons, des connecteurs, des potentiomètres, des fils : 15€
• Du métal sous différente forme et longueur : 15€
• Des baguettes de soudure : 10€

Electronique

Schema général

Le prototype se compose:

• d'une batterie Lithium Polymere (LiPo)
• d'un contrôleur electronique (ESC)
• d'un module radio/wifi permettant de controler le moteur à distance (radiocommande)
• d'un module de gestion de la puissance/vitesse (un simple potentiometre)
• d'un moteur brushless
• d'un gestionnaire de charge pour les batteries (BMS)
• d'un condensateur électrolitique (préciser la valeur)
• câbles d'alimentation

Câblage

Dénuder et étamer les fils d'alimentation puis recouper de façon à ce que les fils dénudés ne soient pas trop longs.

Enrouler les pattes du condensateur puis les souder (ATTENTION Il faut souder le condensateur en respectant sa polarité !!! Le + (Patte la plus longue) sur le fil rouge et le - (Patte la plus courte) sur le noir. Puis vérifier avec un multimètre la continuité du fil et l'isolement d'un fils par rapport à l'autre.

Souder les fils d'alimentation à la carte en mettant d'abord de l'étain sur les bornes + et - puis en venant placer les fils directement dessus.

Etamer les deux autres extrémités des fils.

Ensuite, étamer les trois bouts sur la carte puis les deux extrémités des câbles qui vont alimenter les trois bobines électromagnétiques du moteur (câbles triphasés).

Les souder à plat sur les trois bouts préalablement étamés de la carte.

Programmation

ESC

Le Contrôleur Electronique de Vitesse (Electronic Speed Controler) sert à gérer le fonctionnement et l'alimentation du moteur.

Logiciel

Deux aspects sont a considérer:

• Le logiciel de configuration, de contrôle et de monitorage apte à communiquer et injecter du code dans le contrôleur d'une part.

Il s'agit de BLDC-Tool ou plus récent, les VESC Tools.

https://github.com/vedderb/vesc_tool (code source)

• Le logiciel qui représente les paramétrages propre aux besoins de l'utilisateur d'autre part.

Il s'agit du code source pour le firmware qui tourne sur le hardware (carte électronique VESC).

https://github.com/vedderb/bldc/

Installation depuis les sources sur github https://vesc-project.com/node/310 (config pour linux) Il est aussi possible d'obtenir une version pré-compilée sur le site https://vesc-project.com/node/17

Video "paramétrage automatique du moteur" : https://youtu.be/fblfjpJqHVQ

Installation et compilation de BLDC [obsolète a priori]

https://github.com/vedderb/bldc-tool

 sudo apt-get install qtcreator qt-sdk libudev-dev libqt5serialport5-dev

 qmake -qt=qt5

 make clean && make

 Allow for serial access without using sudo: sudo adduser $USER dialout

 Restart for access changes to take effect sudo reboot now

 Start BLDC-tool from inside of the built repo ./BLDC_Tool

Radiocommande

Il est possible de prendre commande du contrôleur de vitesse à distance, en utilisant soit une radiocommande (basée sur du 433MHz souvent), soit un module wifi (NodeMCU par exemple).

BMS

Le Système de Gestion de Batterie (Battery Managment System) sert à protéger la batterie contre différents risques. Il est en général intégré à la batterie, dans son boîtier

Compte-rendu du hackathon

Résumé du jour 1

hardware: http://vedder.se/2015/01/vesc-open-source-esc/

• Mise à jour de la carte avec les nouveaux firmware en version 3.38 (il faut alimenter la batterie en minimum 12V et max 36V )
• On a utilisé VESC Tools, pour lire les paramètres de la carte
• Fonctionnalité utilisée qui permet de faire de la détection automatique de paramètres mais ne marchait pas car il faut les pré-initialiser avec valeur proche de la réalité (à taton, les paramètres ont finalement été trouvés))
• Une fois fait on peut commander le moteur via VESC Tools, on peut voir tous les paramètres de la carte. A partir de ce logiciel on pourra contrôler le potentiomètre. (mission de demain)

Résumé du jour 2

Objectif de la journée:Contrôler l'ESC (accélération, freinage, sens de rotation éventuellement) via un potentiometre, puis en wifi avec la carte Node MCU (WIFI) pour contrôler la vitesse du moteur avec un potentiomètre.

Infos sur Node MCU: - https://linuxfr.org/news/nodemcu-esp8266-une-alternative-a-l-arduino - http://www.sigmdel.ca/michel/ha/esp8266/doit_nodemcu_v3_en.html avec schéma de brochage - précisement, il s'agit du kit de dev Geekcreit ESP12E - https://smartarduino.gitbooks.io/user-manual-for-esp-12e-devkit/content/index.html - forum http://bbs.smartarduino.com/

Ecrire des applications custom (necessite chaine compilation firmware : http://vedder.se/2015/08/vesc-writing-custom-applications/#more-916

Infos sur la config (video 2) : - https://youtu.be/4rCARx6RJEk Au début de la video le chargement du xml n'est pas nécessaire si on suit la 1ere video (Video "paramétrage automatique du moteur" : https://youtu.be/fblfjpJqHVQ ) Le dc center correspond au max de la marche arrière et ici le moteur n'a pas de marche arrière donc il est configuré comme le min

Il nous manque des specs moteurs notamment le nombre de bobines (permet de faire la conversion entre le ERPM (rotation par minute électronique) et le RPM (rotation par minute ) La formule: RPM=ERPM/(nb de paires de bobines)

En fin de journée, Steph a réglé le RPM sur le logiciel VESC Tools, il utilise la connexion UART avec la carte connectée en USB.

Répartition du matériel entre les participants:

3 cartes VESC version 4.12, ont été cablées, dont une sur le connecteur de batterie et les 2 autres sur fiche banane. La batterie est à 36 V. Un exemplaire pour la Petite rennes, un exemplaire à MHK (celui avec batterie), et un pour John

Recherches

Commande distante via Nunchuk:

http://forum.faradaymotion.com/d/12-nunchuk-controller-for-spine-with-telemetry-display/19

https://www.electric-skateboard.builders/t/vesc-faq-connect-the-nyko-kama-wireless-wii-nunchuck/139/205

Commande via NRF:

https://www.electric-skateboard.builders/t/vesc-nrf-hand-controller/16212/11

https://hackaday.io/project/12123/logs?sort=newest&page=2

https://www.amazon.com/Makerfire-Arduino-NRF24L01-Wireless-Transceiver/dp/B00O9O868G

Connection from receiver to VESC:

https://www.electric-skateboard.builders/t/connection-from-receiver-to-vesc/1409

Commande distante via RF 433MhZ:

https://www.carnetdumaker.net/articles/communiquer-sans-fil-en-433mhz-avec-la-bibliotheque-virtualwire-et-une-carte-arduino-genuino/

https://www.amazon.fr/433Mhz-%C3%89metteur-R%C3%A9cepteur-T%C3%A9l%C3%A9commande-Arduino/dp/B00G23NW6S

Design télécommande:

waterproof: http://efoil.builders/t/diy-waterproof-remote/108 https://www.electric-skateboard.builders/t/diy-remote-design-inputs/10161

Projets déjà existant: - electric longboard: https://hackaday.io/project/12123-electric-longboard - Trampa board choisit aussi VESC dans son haut de gamme commercial: http://cintop.com/atb-motor-wiring-diagram#

- servo moteur iOt: https://hackaday.io/project/249-moti-a-smart-servo

Mécanique

Avec rayonnage

Les moteurs récupérés font partie d'une roue de vélo électrique. Le moteur est donc solidaire de la roue via un rayonnage.

Entrainement direct

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Schéma des solutions envisagées mais abandonnées

Jour1

Solutions envisagées pour fixer la fourche du vélo au fauteuil

• Utiliser des fixations de siège pour bébé (problème : il en faut deux similaires et nous n'en avions qu'une)

• Couper des tubes dans un cadre de vélo pour y souder la fourche

• • Ils viendront s'emboîter dans les emboîtures présentes au dessus des petites roues du fauteuil

• • Plusieurs tubes de différentes tailles et diamètres ont été coupés. En effet, ils présentent tous deux avantages et inconvénients : les tubes les plus petits (noirs) vont moins se tordre mais seront plus difficiles à souder tandis que les grands tubes (bleu et marron/violet) seront plus faciles à souder mais vont fléchir.

Jour2

Fabrication du chassis

Enlever les câbles du cadre du vélo, garder le système de tendeurs de câbles.

Enlever la fourche du cadre du vélo avant de couper ce dernier avec la scie pour qu'elle ne gêne pas

Lors du remontage, attention à ne pas serrer trop fort sinon cela bloque les roulements (il faut que le tout soit sans jeu mais libre).

Regarder où souder les tubes en acier coupés dans d'autres cadres de vélo

Utiliser une charnière de photocopieur à souder sur la fourche et les tubes en acier

Cela permettra à Guillaume de surélever les petites roues avant de son fauteuil en poussant sur le guidon et en insérant une goupille afin de maintenir le tout. Il faut enlever une partie du mécanisme de la charnière avant de la souder.

A l'aide d'un cutter, d'une scie ou de papier abrasif, enlever la peinture de tous les éléments à souder, sinon cela ne marchera pas.

Guillaume le fait également sur les petits tubes noirs qui s'insèrent directement au dessus des petites roues de son fauteuil pour qu'ils rentrent plus facilement.

La charnière est à souder vers le haut. Attention les yeux !

Vérifier l'inclinaison souhaitée des éléments, notamment par rapport à la charnière, avant de les souder et recouper à la scie au besoin

Limer les bouts.

D'abord souder les fins tubes bleus aux petits tubes noirs. Les tubes bleus manquaient de longueur par rapport à la charnière, il a donc fallu revoir le positionnement

Puis recouper les tubes en conséquence avant de les souder à la charnière

Fixation chassis sur fauteuil

Vidéo du positionnement et et de la fixation de la fourche sur le chassis

Un problème se pose lors de l'emboîtement de la structure dans le fauteuil : elle est difficile à retirer. Provisoirement, Guillaume enlève un peu plus de matières avec du papier abrasif, mais à terme, la structure sera accrochée au fauteuil à l'aide de fixations. On pourrait également utiliser un système plongeur-expandeur

Où mettre la batterie ?

Visser le support de batterie originel sur un fer plat préalablement soudé à l'avant de la fourche

https://youtu.be/STH7_cUc3mA

Nous avons utilisé seulement deux des trois points de fixation du support batterie, dans l'optique d'avoir plus de stabilité il faudrait utiliser le troisième

Mettre les plaquettes de frein

Fabrication et assemblage du guidon sur le chassis

https://youtu.be/Vs_jXWJjwTY

https://www.youtube.com/watch?v=Vs_jXWJjwTY&list=PLDQPd8QIfZJJYC_LvKVUcKRiQMmhUMZ1V&index=2&t=0s

Monter le guidon

Montage de l'électronique sur chassis

Ajouter la partie électronique

En vidéo c'est mieux :)

https://youtu.be/BVRuxikTGuE

La même vue sous un autre angle : https://youtu.be/ofG7gtsDKcQ

Prototype final en action

... et c'est parti !!

Vidéo de démo du prototype

Nouvel essai du 08/02/2019 : Paramétrage du moteur dans VESC Tools

Ref carte VESC

Regarder la version de la carte (écrit sur la carte :v 4.12)

Matériel nécessaire

• carte VESC commandée chez faradaymotion (www.faradaymotion.com/index.php?controller=pdf-invoice&id_order=154)
• accélérateur de mob qui fonctionne sur le principe d'un capteur d'effet de hall à l'intérieur
• batterie lipo
• 1 moteur brushless

TO DO LIST pour prochaine session

 * Acheter connecteurs adaptés
 * retrouver (cf John) le dispositif de mesure de batterie ou contrôleur moteur avec potentiomètre que Christian avait fait

Télécharger VESC Tool

Aller sur url: https://vesc-project.com/node/310

Obligation de créer un compte pour téléchargement

TO DO :Installation sur windows et linux

Paramétrage VESC Tools

IMPORTANT: Les vrais paramètres pour le moteur seront à rentrer sur la carte, car sur le tutoriel suivant on a utilisé une alimentation à 16V au lieu de la batterie.

Le VESC n'a pas toujours le bon firmware mais il se débrouille tout seul apparemment :)

Dans le cas où il ne trouve pas le firmware tout seul, vérifier la compatibilité avec la carte et prendre le firmware correspondant . Pour nous ce serait (https://github.com/vedderb/bldc/tree/master/build_all/410_o_411_o_412) télécharger la version par defaut (précisé dans le nom du firmware).

VESC Tool>Onglet Firmware

https://vesc-project.com/node/179

Onglet included file

Uploader le firmware VESC_default.bin correspondant au hardware v4.12

Une fois uploadé on débranche l'alimentation de la carte. On attends 10 secondes.

Vérifier que le firmware est le bon en cliquant sur la flèche qui va vers le bas (upload)

VESC Tool>Onglet Connection

Onglet USB serial

refresh + Reconnecter sur le bon port .

VESC Tool>Motor settings

Motor setup wizard

Clic sur motor setup wizard

Choisir BLDC

set currents limit

set voltage limits

[A verifier]

• • Débrancher, connecter le moteur

• • Si on utilise une batterie ou une alim :dire Yes si on utilise une batterie, et No si alimentation .

• • Cells: nb d'éléments = 5 cad entre 17 et 15.5V

[/A verifier]

choose sensorless

BLDC settings

VESC Tool>Moteur settings>General

General>General

General>Voltage

General>RPM

General>Wattage

General>Temperature

VESC Tool>Moteur settings>BLDC

BLDC>General

BLDC>Sensorless

• Appuyer sur play pour détection

Detection failed (car on n'a pas de sensors ...)

[A vérifier] Cliquer sur le bouton "use key" (photo) et jouer avec flèches pour faire tourner le moteur

• Write motor configuration* (le faire après chaque config): ecrit dans le prog vesc tool+carte

[write app config (ce qu'on rajoute sur la carte, ex: potentiomètre)]

[/A vérifier]

BLDC>Sensors

BLDC>Advanced

VESC Tool> App settings

App settings>General

• app to use : ADC
• VESC ID :0 (on devrait en mettre si on avait plusieurs cartes vesc)

Laisser le reste par défaut.

Et on finit par écrire la nouvelle config sur la carte :

• clic sur *write app config*

App settings>PPM>General

=>PPM correspond à PWM, là on s'en sert pas donc on ne touche pas.

Throttle curve (si on veut changer la courbe mais nous on ne la change pas) (Si on met en négatif -100%, on aurait qqch de très réactif, la vitesse augmente à fond avec une petite variation de courant.)

Throttle brake (réglage frein de la même manière).

Pour tous les autres onglets on mets off dans Control Type, si on peut

App settings>ADC>General

• control Type : duty cycle
• use filter :true
• self start :true (demarrage progressif)
• Reset :laisser par défaut

Sauvergarder app settings

App settings>ADC>Mapping

On alimente en 3.3v le potentiomètre.

• ADC Voltage mapping selection menu:Duty cycle

• Cliquer sur *apply*

message please activate ... (photo mapping ADC)

• cliquer à droite dans menu stream real time data (photo)

App settings>ADC>Throttle

Procédure

• reset min et max (photo)
• on bouge le potentiomètre au min et au max
• cliquer sur apply (photo)

On peut visualiser que les valeurs sont affichés dans la fenêtre du haut

• sauvegarder la config sur la carte en cliquant sur *write app configuration* (menu droite)

Pour démarrer le moteur il faut être à zéro (sécurité intégrée) sinon il né démarre pas donc attention à la position du potentiomètre !!

>Throttle curve

Au besoin changer mais là on laisse par défaut.

Les autres onglets par défaut(UART, Nunchuck off, NRF ).

On a enregistré nos paramètres pour une version à 16V et 3 ampères.

Sur un moteur pas à pas on augmente la freq donc tourne plus vite, sur moteur brushless (notre cas) on envoie une plus grosse tension et le moteur va aller plus vite à son point . On augmente la tension (et pas la freq). (On envoie un champs un magnétique important, la vitesse va augmenter.Comme il arrive plus vite il faut envoyer la commande avant).

Aller dans le menu à gauche

Motor settings>FOC>General

clic sur measure resistance à inductance (photo)

juste à côté à droite, clic sur measure flux linkage (photo)

Toutes les valeurs sont trouvées

Cliquer sur apply (photo appli param PID)

Puis sauver motor settings (à droite)

Laisser les autres onglets de FOC par défaut

Onglet General>Additional infos (dans menu gauche)

Ces infos complémentaires resteront dans le contrôleur

Implémentation de l'accélérateur

Rebrancher sur le modèle du potentiomètre

• +3V
• GND
• ADC

Sur l'alim, mettre intensité au max , et 16V.

Puis rebrancher carte sur alim puis en usb sur ordi

Dans VESC Tools, se reconnecter , icône tout en haut à droite (cf: photo reconnect)

App settings>ADC>Mapping

• Clic sur reset (fleche qui tourne) face au duty cycle
• config min et max (voir chapitre potentiomètre)
• clic sur apply