PID хяналттай бөмбөг тэнцвэржүүлэх Стюарт платформ: 6 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Урам зориг ба ерөнхий ойлголт:

Сургалтын физикч хүний хувьд би байгалийн системд татагддаг бөгөөд түүнийг ойлгохыг хичээдэг. Надад нарийн төвөгтэй асуудлуудыг хамгийн үндсэн, үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хувааж, дараа нь асуудлыг тэндээс босгох замаар сургасан. Хэдийгээр би механик, цахилгаан соронзоныг эхний зарчмуудаас сурч байсан боловч тэдгээрийг физик хэрэглээнд хараахан ашиглаж амжаагүй байна. Автомат удирдлагын онолыг ашиглан хавтгай, бүрэн хяналттай тавцан дээр бөмбөгийг бие даан тэнцвэржүүлэх роботыг бий болгосноор би энэ боломжийг олж авах болно.

Үүнийг хэрхэн хийх талаар; техникийн мэдлэгтэй хакер, програмист, инженерүүдэд зориулагдсан бөгөөд бид Arduino Uno -г микроконтроллерын платформ болгон ашиглах болно. Хаалттай эргэх холбоо нь хавтгай мэдрэгчтэй эсэргүүцэгч дэлгэц дээр хэвтэж буй хатуу металл бөмбөг холхивчийн байрлалыг мэдэрч эхэлснээр бөмбөгийг шууд байрлуулдаг. Дараа нь энэ байрлалыг пропорциональ-интеграл-дериватив (PID) хянагч руу оруулдаг бөгөөд үүнийг бид Arduino Uno-д програмчилсан болно. Би энэ кодыг нээлттэй эх сурвалж болгож, төсөлд холбосон. Хянагч нь ихээхэн бухимдсан байсан ч гэсэн бөмбөгийг ширээн дээр сонгосон аль ч хэрэглэгчийн байрлалд сэргээх үүрэгтэй. Бидний ашиглах бүтцийн тулгуур платформыг "Стюарт платформ" гэж нэрлэдэг бөгөөд зургаан градусын эрх чөлөөг хангах servo мотороор удирддаг зургаан бие даасан холбосон саваагаар дэмжигддэг; X, Y, Z орчуулга, өнхрөх, давирхай, эвхэх (тус тус X, Y, Z тэнхлэгийн эргэлт). Ийм өндөр хөдөлгөөнт платформыг бүтээх, програмчлах нь өөрийн гэсэн бэрхшээлтэй тулгардаг тул энэ төслийн хувьд бид зөвхөн эрх чөлөөний түвшинг дуудаж, бусад нь функцийг сайжруулах боломжтой болно. Бөмбөгийг хэрэглэгчийн тогтоосон статик байрлал руу шилжүүлэх тавцантай зэрэгцэн дэвшилтэт програмистууд програмыг сайжруулж, хэрэглэгчийн статик байрлалыг хэрэглэгчийн хагас тасралтгүй ул мөрөөр сольж өгвөл ямар нэгэн нэмэлт мэдээлэл өгөхөд хялбар болно. тодорхойлсон зам, жишээ нь найман зураг, тойрог зам, таны нэр үсгээр эсвэл миний хөдөлгөөнт төхөөрөмж дээр хэн нэгний үзэг эсвэл хурууны шууд дамжуулалт. Аз жаргалтай хакерууд!

Алхам 1: Материал авах

Шаардлагатай материал:

1. 1/4 "ба 1/8" нийлэг хэд хэдэн хуудас

2. 6 - Servo Motors (Бид HS5485HB Servo -ийг ашигласан)

3. 6 - Урсгалтай (тохируулгатай) холбох саваа

4. 6 - Тохируулах олон нүхтэй CNC машинаар хийсэн Servo Arm

5. 12 - Heim Joint Rod Ends

6. 6 - саваа (тохируулгатай)

7. 1- 17”Таван утас эсэргүүцэх мэдрэгчтэй дэлгэц бүхий USB иж бүрдэл (бөмбөг холхивчийн мэдрэх байрлал)

Алхам 2: Материал бэлтгэх

Нийлэг зүсэх хамгийн сайн арга бол лазер камер ашиглах явдал юм. Нэгэнд нэвтрэх нь хэцүү байж болох тул акрилийг таньдаг ямар ч зүсэх хэрэгслийг ашиглан амархан тайрч, зохих ёсоор сургаж, аюулгүй ажиллах боломжтой. Жишээлбэл, хэрэв би үүнийг гэртээ хийж байсан бол гар барих зориулалттай хөрөө ашиглах байсан. Стюарт платформын ерөнхий хэлбэр нь миний бүтээсэн загвартай яг таарахгүй байх ёстой. Гэсэн хэдий ч би хялбаршуулах хэд хэдэн боломжийг онцлон хэлмээр байна. Нэгдүгээрт, чөлөөт байдлын түвшинг стандарт хоёр биш харин гурван суурийг ашиглан зурах нь илүү хялбар байдаг. Энэ нь холбох тавиурыг бодит тавцанд холбохыг тэгш талт гурвалжин болгох замаар хийгддэг. Энэ нь танд эрх чөлөөний түвшинг (DOF) эхнээс нь олоход тулгарч буй бүх хүндрэл бэрхшээлийг үл тоомсорлох боломжийг олгодог бөгөөд үүний оронд бид гурвалжингийн өнцгийн өгсөх газрын зураг болох шугаман бус бие даасан 3 "суурийг" ашигладаг. Энэ үндэслэлээр координат бичих нь танд эсвэл надад хэцүү байх болно, гэхдээ эдгээр суурийн харилцан хамаарлыг кодоор хялбархан зохицуулдаг. Энэхүү хялбарчилсан таамаглал нь геометрийн бүх нарийн ширийн зүйлийг үл тоомсорлох түлхүүр юм. Дэлгэрэнгүй мэдээллийг MS Paint график болон самбар дээрх зургийг үзнэ үү.

Хэсэг хайчилж авсны дараа та холбох саваа ба бөмбөгний холболтыг холбох бүх нүхийг өрөмдөх хэрэгтэй болно. Нүхний хэмжээг ашиглаж буй тоног төхөөрөмжтэйгээ тохируулахын тулд болгоомжтой байгаарай. Энэ нь сонгосон бэхэлгээг ажиллуулахад маш чухал юм. Нүхний хэмжээ нь бэхэлгээнд ямар хэмжээтэй цорго шаардагдахаас хамаарна. Үүнийг хийхийн тулд цоргоны тодорхой хэмжээ, давирхай, утас хэлбэрийн талаархи онлайн лавлагаа олж аваарай (курс vs нарийн). Би нийлэг хийхэд зориулсан утаснуудыг санал болгож байна, гэхдээ хэрэв та нарийн утас ашиглах шаардлагатай бол энэ нь ажиллах ёстой, учир нь энэ нь бидний ашиглаж байсан зүйл юм. Одоо угсралт руу шилжих цаг болжээ.

Алхам 3: Материалыг угсрах

Материалыг нарийвчлан авч үзээд угсрах хэрэгтэй. Ялангуяа боолтыг хуулахаас болгоомжлох хэрэгтэй. Үүнийг хийсний дараа та илүү том нүхийг хэмжиж, өрөмдөж, тогшиж тоног төхөөрөмжийг солих эсвэл цоо шинэ нийлэг хайчлах хэрэгтэй болно. Мэдрэгчтэй дэлгэцийг анхааралтай ажиглах хэрэгтэй. Энэ бол эмзэг !!! Эцсийн эцэст энэ бол нимгэн шилэн давхарга юм. Бид өөрсдөө осолд орсон гэдгийг анхаарна уу.

Алхам 4: Програмчлал

Програмчлахад хэсэг хугацаа шаардагдана. Энд таны програмчлалын ур чадвар үнэхээр үр дүнгээ өгч чадна. Та кодыг эхнээс нь бичих шаардлагагүй, гэхдээ хэрэв та сайн тайлбарласан, цэгцтэй эх кодыг олж өөрчлөх боломжтой бол энэ нь амьдралыг илүү хялбар болгоно. Манай эх кодын линк энд байна: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, өөртөө туслаарай! Мэдээжийн хэрэг үүнийг оновчтой болгоогүй, гэхдээ ажлыг дуусгасан! Хяналтын газрын зургийн хувьд бид шулуун бус, шугаман бус бие даасан гурван тусдаа суурийг ашиглаж байгааг санаарай. Бид бүх зүйлийг x, y үсгээр уншиж, A, B, C -ийн зураглалыг уншиж байна. Энэхүү хариултыг бид системээс хэр их эсвэл бага хэмжээгээр хариу өгөхийг хүсч байгаагаа тохируулахын тулд дэлхий даяар тохируулдаг.

Алхам 5: Туршилт

Энд бид эрх чөлөөний зэрэглэлийг шалгадаг. Бидний гурван үндсэн төлбөр хэрхэн төлж байгааг одоо анхаарна уу! Жишээлбэл, өнхрөх DOF -ийг авахын тулд бид зүүн талд нэг нэгжээр доошоо, харин баруун тийш нэг нэгжээр дээшээ, харин эсрэг чиглэлд нөгөө чиглэлд явна. Мэдрэгчтэй дэлгэцээс дуу чимээг шүүх ажлыг хангалттай сайн хийсэн байх нь бас чухал юм. Энэ нь таны PID -д оруулах сайн өгөгдөлтэй болоход маш чухал юм.

Алхам 6: Нарийн тааруулж, сайхан өнгөрүүлээрэй

Туршилтын үе шат нь үнэхээр алдааг арилгах зорилготой байсан. Энд бид хяналтын системийг нарийн тааруулахад анхаарлаа хандуулж байна. Үүнийг урьдчилан тохируулсан алгоритмаар хийх нь дээр. Миний дуртай зүйл бол үүнийг шийдвэрлэх чухал асуудал шиг хандах явдал юм, Ахем! Би физикч хүн! Тиймээс та чийгшүүлэх хугацааг унтраагаарай! Өөрөөр хэлбэл, татах нэр томъёо шиг ажилладаг дериватив нэр томъёо. Одоо бөмбөг зэрлэг хэлбэлзэх болно! Гэсэн хэдий ч зорилго нь хэлбэлзлийг аль болох гармоник байдалд ойртуулах, ургахгүй, муудахгүй байх явдал юм. Үүнийг хийсний дараа та үүсмэл нэр томъёог асааж, аль болох хурдан тэнцвэрт байдалд оруулах хүртэл тохируулна уу. Энэ бол чухал чийгшүүлэх үйл явц юм. Гэсэн хэдий ч, хэрэв энэ нь ажиллахгүй бол PID хяналттай системд тохируулагдсан өөр олон сайн схемүүд байдаг. Би үүнийг Википедиа дээр PID хянагчийн дор олсон. Миний төслийг сонирхож байгаад маш их баярлалаа, мөн асууж тодруулах зүйл байвал холбоо бариарай, би таны асуусан асуултанд хариулахдаа баяртай байх болно. Онцгой тэмдэглэл: Энэхүү төслийг эхнээс нь дуустал Miracle Max Guerrro хийсэн бөгөөд би эхний дөрвөн долоо хоногийн дараа гаальд наалдсан шинэ дэлгэцийг хоёр долоо хоног хүлээхийг багтаасан 4 долоо хоногийн дотор хийсэн гэдгийг тэмдэглэхийг хүсч байна. эвдэрсэн. Тиймээс энэ нь төгс гүйцэтгэлээс хол байгааг уучлаарай. Аз жаргалтай хакерууд!