MODE 8 — SEGWAY

Ziel & Anwendung

Der heilige Gral der Robotik aus Karton! Ein Neigungsregler liest den Kippwinkel und steuert die beiden Antriebsräder genau entgegen — so bleibt der Roboter aufrecht, ganz wie ein echter Segway. Der Dreh-Knopf gleicht kleine Bauungenauigkeiten aus, bei zu starker Neigung schaltet der Roboter zum Schutz automatisch ab.

• Ein instabiles, aufrecht stehendes System aktiv im Gleichgewicht halten
• Den Kippwinkel als Balance-Signal für die Räder nutzen
• Kleine Bauungenauigkeiten per Dreh-Knopf ausgleichen

Anschluss & Funktion

Motoren am Board

Materialliste

• Schmales, hohes Chassis aus Karton (ca. 8×20 cm, Hochformat)
• Zwei Karton-Räder (Ø ca. 10 cm) mit Gummiband-Grip
• Strohhalme als Radachsen-Lager
• Heißkleber
• Gewicht (Batterie) möglichst weit oben am Chassis für höheren Schwerpunkt

Step-by-Step Tutorial

1. Hochformat-Chassis und Räder aufbauen

   Baue ein schmales, hohes Chassis im Hochformat. Montiere die beiden Antriebsräder links und rechts. Schraube die Plastik-Servo-Hörner auf und klebe die Karton-Räder flächig darauf. Gummibänder um die Räder geben Grip. Befestige das Gewicht (Batterie) oben am Chassis — ein hoher Schwerpunkt ist hier gewollt.

   Check: Der Roboter steht gestützt aufrecht, die Räder drehen frei ohne zu schleifen

   Tipp: Der Schwerpunkt muss hoch liegen — Gewicht oben, nicht unten. Das macht das System instabil, aber regelbar

2. Trim-Einstellung mit dem Dreh-Knopf verstehen

   Fällt der Roboter trotz aktiver Regelung dauerhaft zu einer Seite, den Dreh-Knopf so lange drehen, bis er ruhig steht. Dieser Ausgleichswert kompensiert kleine mechanische und Sensor-Ungenauigkeiten, die jedes gebaute Chassis hat.

   Check: Der Dreh-Knopf verändert die Balance-Ruheposition sichtbar

   Tipp: Jedes Chassis hat kleine Bauungenauigkeiten — der Dreh-Knopf gleicht sie aus

3. Balance-Regler für die Räder verstehen

   Neigt sich der Roboter nach vorne, drehen sich die Räder nach vorne, um ihn wieder aufzurichten — bei einer Neigung nach hinten entsprechend umgekehrt. Bei extremer Neigung schaltet der Antrieb automatisch ab, weil der Roboter dann als umgefallen gilt.

   Check: Die Räder korrigieren sofort in die Fallrichtung, sobald der Roboter geneigt wird

   Tipp: Reagiert der Roboter zu schwach, braucht er mehr Kraft in der Regelung — reagiert er zu zappelig, braucht er mehr Dämpfung

4. Ruhezone für den Null-Punkt einbauen

   Sehr kleine Abweichungen um die perfekte Balance werden bewusst ignoriert, damit die Räder bei ruhigem Stand nicht ständig nachregeln. Ohne diese Ruhezone würden die Räder wegen des feinen Sensor-Rauschens ständig zittern.

   Check: Die Räder zittern nicht, wenn der Roboter exakt senkrecht steht

   Tipp: Eine kleine Ruhezone um die Mittelstellung verhindert dauerhaftes Mikro-Ruckeln

5. Balance-Test und Feinabstimmung

   Roboter aufrecht halten, Strom einschalten und vorsichtig loslassen. Fällt er sofort um oder schwingt er stark hin und her, den Dreh-Knopf zur Trimmung nutzen und die Balance mit gestütztem Finger erneut testen. Der Neigungs-Zeiger zeigt währenddessen die aktuelle Schräglage an.

   Check: Der Roboter balanciert für mindestens ein paar Sekunden ohne Unterstützung

   Tipp: Erste Tests mit dem Finger als Stütze durchführen, dann langsam loslassen

Troubleshooting

• Der Roboter fällt sofort in eine Richtung ohne Korrektur — Die Regel-Kraft erhöhen — bei zu schwacher Regelung reagieren die Räder nicht kräftig genug auf die Neigung
• Der Roboter schwingt mit immer größerer Amplitude — Die Dämpfung erhöhen — sie bremst die Schwingung, bevor sie sich aufschaukelt
• Der Roboter fällt immer zur gleichen Seite trotz aktiver Balance — Den Dreh-Knopf zur Trimmung nutzen, um eine mechanische Schiefstellung oder einen Sensor-Versatz auszugleichen

Modifikationen & Sicherheit

• Pro-Tipp: Steuerknüppel als Fahrbefehl zum Balance-Signal addieren — für eine echte Segway-Fahrsteuerung
• Pro-Tipp: Ein drittes Rad über den Schrittmotor für zusätzliche Lenkung — ein vollwertiger Segway-Roboter
• Sicherheit: Die automatische Abschaltung bei starker Neigung ist Pflicht — ohne sie drehen die Räder bei einem gefallenen Roboter unbegrenzt weiter

Wichtige Code-Teile

// Trim per Encoder
float trim = (float)EncoderValue * 0.1f;

// Neigungsfehler (negiert: vorne fallen = vorwärts fahren)
float errSB = -GyroX + trim;

// Abschalten bei > 50° Neigung
if (abs(GyroX) > 50.0f) {
    servocontroller.setServoPulse(4, 1500);
    servocontroller.setServoPulse(5, 1500);
    return;
}

// PD-Regler
float dt = (millis() - lastTime) / 1000.0f;
lastTime = millis();
float dErr = (errSB - lastErrSB) / dt;
lastErrSB = errSB;

float output = errSB * 8.0f + dErr * 0.5f;
output = applyDeadzone(output, 15.0f);
output = constrain(output, -400.0f, 400.0f);

// Differentialantrieb (beide Räder gleich für geraden Balancefahrt)
servocontroller.setServoPulse(4, 1500 + (int)output);
servocontroller.setServoPulse(5, 1500 - (int)output);

// S2: Neigungsanzeige
servocontroller.setServoPulse(2, map((int)GyroX, -50, 50, 1000, 2000));

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