פלטפורמת סטיוארט מאוזנת בכדור PID מבוקרת: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

מוטיבציה ומושג כולל:

כפיזיקאי בהכשרה, אני נמשך באופן טבעי ומבקש להבין מערכות פיזיות. הוכשרתי לפתור בעיות מורכבות על ידי פירוקן למרכיבים הבסיסיים והחיוניים ביותר שלהן, ולאחר מכן בניית הבעיה חזרה משם. למרות שלמדתי מכניקה ואלקטרומגנטיות מהעקרונות הראשונים, עדיין לא השתמשתי בהם ביישום פיזי כלשהו. סוף סוף אני אקבל את ההזדמנות הזו על ידי יצירת רובוט העושה שימוש בתורת הבקרות האוטומטיות כדי לאזן כדור אוטונומי על פלטפורמה שטוחה ובשליטה מלאה, הכל לבד!

במדריך זה; אשר מיועד להאקר, מתכנת או מהנדס בעל ידע טכני, נשתמש ב- Arduino Uno כפלטפורמת המיקרו -בקר שלנו. לולאת המשוב הסגורה מתחילה לראשונה כאשר היא חשה את המיקום של מיסב מתכת מוצק המונח על מסך התנגדות מגע שטוח, אשר מחזיר את הכדורים למיקום מיידי. לאחר מכן עמדה זו מוזנת לתוך בקר יחסי-אינטגרלי-נגזרת (PID), שתכנתנו לתוך ה- Arduino Uno. הפכתי קוד זה לקוד פתוח ומקושר בפרויקט. הבקר אמור להחזיר את הכדור לכל מיקום שנבחר על ידי השולחן, אפילו כשהוא מוטרד באופן משמעותי. פלטפורמת התמיכה המבנית בה נשתמש מכונה "פלטפורמת סטיוארט", ונתמכת על ידי שישה מוטות חיבור עצמאיים המונעים על ידי מנועי סרוו אשר יספקו עד שש דרגות חופש; תרגומי X, Y ו- Z, גליל, גובה ופיה (סיבובים על הצירים X, Y ו- Z בהתאמה). בנייה ותכנות של פלטפורמה כל כך ניידת מציגים אתגרים משלה, ולכן לפרויקט זה, אנו נזמין רק את המגרש וחופש דרגות החופש, ומשאיר את האחרים כשדרוגים אופציונליים של הפונקציונליות, אם המשתמש רוצה בכך. יחד עם הפלטפורמה המזיזה את הכדור לכל קבוצה של מיקומים סטטיים שהוגדרו על ידי משתמשים, מתכנתים מתקדמים יתקלו לשפר את התוכנית ולהוסיף קצת כאב על ידי החלפת המיקום הסטטי שלנו שהוגדר על ידי המשתמש, עם עקבות למחצה רציפים של משתמש. נתיב מוגדר, כגון איור שמונה, מסלול מעגלי, השם שלך בכותרת או זרם חי של חרט או אצבע של מישהו במכשיר הנייד שלו! פריצה שמח!

שלב 1: קבל חומרים

חומרים דרושים:

1. כמה גיליונות של 1/4 "ו 1/8" אקריליק

2. 6 - מנועי סרוו (השתמשנו בסרווו HS5485HB)

3. 6 - מוטות חיבור מושחלים (מתכווננים)

4. 6 - זרועות סרוו סרוו במכונה עם חורים מרובים להתאמה

5. 12 - סוף הבית של ג'וינט מוט

6. 6 - מוטות (מתכווננים)

7. 1- 17”ערכת USB בעלת מסך מגע עמידות בחמישה חוטים (מיקום תחושה של מיסב הכדור)

שלב 2: הכנת חומרים

הדרך הטובה ביותר להגיע לחיתוך האקריליק היא באמצעות מצלמת לייזר. הגישה לאחת יכולה להיות קשה, כך שניתן גם לחתוך את האקריליק בקלות בעזרת כל כלי החיתוך שאתם מכירים, להכשיר אותם היטב ולפעול בבטחה. אם הייתי עושה את זה בבית למשל, הייתי משתמש במסור התמודדות ביד. הצורה הכללית של פלטפורמת סטיוארט לא צריכה להתאים בדיוק לדגם שבניתי. עם זאת, אני רוצה לציין כמה הזדמנויות מפשטות. ראשית, הרבה יותר קל למפות את המגרש ולגלול את דרגות החופש על ידי שימוש בשלושה בסיס, במקום השניים הסטנדרטיים. זה נעשה על ידי הפיכת החיבור של מוטות החיבור לרציף בפועל למשולש שווה צלעות. זה מאפשר לך להזניח את כל הסיבוכים של מציאת המגרש והדרגה של חופש (DOF) מאפס, במקום זאת אנו משתמשים ב -3 "בסיס" בלתי לינארי שהם פשוט המפה של אותה פינה של המשולש שעולה. זה יהיה מאתגר עבורך או אני לכתוב את הקואורדינטות על בסיס זה, אך התלות ההדדית של בסיס זה מטופלת בקלות על ידי הקוד. הנחה מפשטת זו היא המפתח להזנחת כל נבכי הגיאומטריה. עיין בתמונת הגרפיקה של MS Paint ותמונת הלוח לפרטים.

לאחר חיתוך החתיכות, יהיה עליך לקדוח את כל החורים, שאליהם מתחברים מוטות החיבור ומפרקי הכדור שלך. הקפד להתאים את גודל החור לחומרה הנכונה שבה אתה משתמש. זה חיוני כדי שהמחברים שבחרת עובדים. גדלי החורים מבוססים על מידת הברז שתזדקק להרכבה שלך. לשם כך, מצא הפניה מקוונת לגודל הברז הספציפי, המגרש וסוג החוט (בסדר לעומת קורס). אני ממליץ על חוטי קורס לאקריליק, אבל אם אתה חייב להשתמש בחוט דק, זה אמור להסתדר, כי זה מה שהשתמשנו בכל זאת. עכשיו הגיע הזמן לעבור להרכבה.

שלב 3: הרכבת חומרים

הרכיב את החומרים בזהירות למפרט. היזהר במיוחד לא להפשיט ברגים. לאחר שתעשה זאת, יהיה עליך לשנות חומרה על ידי מידות וקידוח חורים גדולים יותר והקשה עליהם, או שתצטרך לחתוך פיסת אקריליק חדשה לגמרי. שים לב גם להיזהר במסך ההתנגדות למגע. זה שביר !!! אחרי הכל, זוהי שכבת זכוכית דקה. שימו לב שעברנו תאונה בעצמנו.

שלב 4: תכנות

התכנות יכול לקחת זמן. זה המקום שבו יכולות התכנות שלך באמת יכולות להשתלם. אתה לא צריך להיות מסוגל לכתוב את הקוד מאפס, אבל אם אתה יכול למצוא קוד מקור מסודר ומאורגן לשינוי, אז זה הופך את החיים לקלים הרבה יותר. הנה הקישור לקוד המקור שלנו: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, עזרו לעצמכם! זה בהחלט לא מותאם, אבל עשה את העבודה! זכור כי אנו משתמשים בשלושה בסיס נפרד שאינו אורתוגני, בלתי-לינארי, עבור מפת הפקדים. אנו פשוט קוראים הכל ב- x, y וממפים ל- A, B ו- C. תגובה זו מכוונת גלובלית כדי להתאים כמה פחות או יותר אנו רוצים שהמערכת תגיב.

שלב 5: בדיקה

כאן אנו בודקים את דרגות החופש. שים לב עכשיו איך שלושת הבסיס שלנו משתלמים! לדוגמה, כדי לקבל את הגליל DOF, אנו פשוט יורדים יחידה אחת בצד שמאל, בעודנו עולים יחידה אחת מימין, ולהיפך לכיוון השני. חשוב גם לבצע עבודה טובה מספיק כדי לסנן רעש ממסך המגע שלך. זה חיוני כדי שיהיה לך נתונים טובים להזנת ה- PID שלך.

שלב 6: כוונן ותהנה

שלב הבדיקה היה באמת רק כדי להוציא את הבאגים. כאן, אנו מתמקדים בכוונון עדין של מערכת הבקרות. הדבר נעשה בצורה הטובה ביותר בעזרת אלגוריתם שנקבע מראש. האהוב עלי הוא להתקרב אליה כבעיית שיכוך קריטית, אהמ! אני פיזיקאי! אז אתה מכבה את מונח ההחתה! כלומר המונח הנגזר, שפועל כמו מונח גרירה. עכשיו הכדור יתנדנד בפראות! עם זאת, המטרה היא לגרום לתנודות להיות קרובות ככל האפשר להרמונית, לא לצמוח או להתפורר, ככל שתוכל. ברגע שזה נעשה, אתה מפעיל את המונח הנגזר ומתאים עד שהוא יחזור לשיווי משקל במהירות האפשרית. זה כאשר מושגת שיכוך קריטי. עם זאת, אם זה לא עובד ישנן תוכניות כוונון רבות אחרות מוכחות למערכות נשלטות PID. מצאתי את זה בויקיפדיה, תחת בקר PID. תודה רבה שהסתכלת על הפרויקט שלי, אנא פנה לכל שאלה, אשמח לענות על כל שאלה שיש לך. הערה מיוחדת: אני רוצה לציין שהפרויקט הזה מתחילתו ועד סופו בוצע על ידי נס מקס גררו, ואני בעצמי תוך קצת פחות מארבעה שבועות, כולל המתנה של שבועיים למסך חדש שנתקע במכס, אחרי הראשון שלנו. חסר פרוטה. אז סליחה שזה רחוק מביצוע מושלם. פריצה שמח!