Q -Bot - Нээлттэй эх сурвалжтай Rubik's Cube Solver: 7 алхам (зурагтай)

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

Танд ороосон Рубик шоо байна гэж төсөөлөөд үз дээ, 80 -аад оны үед тааварыг хүн бүхэнд байдаг, гэхдээ хэн ч яаж шийдэхээ мэдэхгүй байгаа бөгөөд та үүнийг анхны хэв маягт нь оруулахыг хүсч байна. Аз болоход эдгээр өдрүүдэд шийдвэрлэх зааврыг олоход маш хялбар байдаг. Тиймээс, баяр баясгаланг авчрахын тулд талыг хэрхэн эргүүлж болохыг олж мэдэхийн тулд видеог онлайнаар үзээрэй. Үүнийг хэд хэдэн удаа хийсний дараа ямар нэгэн зүйл дутагдаж байгааг та ойлгох болно. Дотор нь бөглөх боломжгүй нүх. Таны дотор байгаа инженерүүд/үйлдвэрлэгчид/хакерууд ийм гайхалтай зүйлийг ийм энгийн байдлаар шийдвэрлэхэд сэтгэл хангалуун байж чадахгүй. Хэрэв танд бүх асуудлыг шийддэг машин байсан бол энэ нь илүү яруу найраг биш гэж үү? Хэрэв та ямар нэгэн зүйл барьсан бол таны бүх найзууд гайхах байсан уу? Таны бүтээл гайхамшгийг бүтээж, Рубикийн шоо шийдсэнээс хамаагүй дээр биш гэдгийг би батлан хэлж чадна. Тиймээс, дэлхийн ямар ч рекордыг эвдэхгүй, гэхдээ танд хэдэн цагийн баяр баясгаланг өгөх болно (мэдээж бүх бухимдлыг туулсны дараа Q-Bot, нээлттэй эх сурвалж болох Rubik's Cube Solver) бүтээх гайхалтай аялалд надтай нэгдээрэй. барилгын ажлын явцад).

Алхам 1: Тоног төхөөрөмжийн дизайн

Бүрэн уусгагчийг Catia дахь CAD ашиглан бүтээжээ. Ийм байдлаар дизайны ихэнх алдааг физик эд анги үйлдвэрлэхээс өмнө олж, засч залруулж болно. Ихэнх уусгагчийг prusa MK3 принтер ашиглан PLA форматаар 3D хэлбэрээр хэвлэв. Үүнээс гадна дараахь тоног төхөөрөмжийг ашигласан болно.

• 8 ширхэг 8 мм -ийн хөнгөн цагаан саваа (10см урт)
• 8 шугаман бөмбөг холхивч (LM8UU)
• GT2 6мм -ийн цагны бүс 2 м -ээс бага зэрэг + зарим дамар
• 6 NEMA 17 хоёр туйлт шатлалт мотор
• 6 Polulu 4988 stepper жолооч
• төслийн хянагчаар Арудино Мега ажиллаж байна
• 12 В 3А цахилгаан хангамж
• arduino -г аюулгүй ажиллуулахын тулд доош хөрвүүлэгч
• зарим эрэг ба холбогч
• сууринд зориулсан зарим фанер

Тоног төхөөрөмжийн тодорхойлолт

Энэ хэсэгт Q-Bot хэрхэн ажилладаг, дээр дурдсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хаана ашиглаж байгааг товч авч үзнэ. Доор та бүрэн угсарсан CAD загварыг үзүүлж болно.

Q-bot нь гурван хэвлэсэн хавчаар бүхий дөрвөн хөдөлгүүрийг Рубикийн шоотой шууд холбох замаар ажилладаг. Энэ нь зүүн, баруун, урд, арын хэсгийг шууд эргүүлэх боломжтой гэсэн үг юм. Хэрэв дээд эсвэл доод талыг эргүүлэх шаардлагатай бол кубыг бүхэлд нь эргүүлэх ёстой бөгөөд ингэснээр хоёр хөдөлгүүрийг холдуулах шаардлагатай болно. Үүнийг бариулах мотор тус бүрийг өөр нэг шаталсан мотороор хөтлөгдсөн чарган дээр, шугаман төмөр замын системийн дагуу цаг хугацааны бүсээр бэхлэх замаар хийдэг. Төмөр замын систем нь чарганы хөндийд бэхлэгдсэн хоёр 8 бөмбөг холхивчоос бүрдэх бөгөөд бүх чарга нь 8 мм -ийн хоёр хөнгөн цагаан босоо аманд явдаг. Доорх уусгагчийн нэг тэнхлэгийн дэд угсралтыг харж болно.

X ба y тэнхлэгүүд нь хоорондоо ижил бөгөөд тэдгээр нь зөвхөн бэхэлгээний бэхэлгээний өндрөөс ялгаатай бөгөөд ингэснээр бүрэн угсрах үед хоёр тууз хооронд мөргөлдөхгүй болно.

Алхам 2: Зөв мотор сонгох

Мэдээж зөв мотор сонгох нь энд маш чухал юм. Гол хэсэг нь Рубикийн шоог эргүүлэх чадвартай байх ёстой. Энд байгаа цорын ганц асуудал бол Рубикийн шоо үйлдвэрлэдэг ямар ч үйлдвэрлэгч эргүүлэх хүчийг өгдөггүй явдал юм. Тиймээс би импровиз хийж, өөрийн хэмжилтийг хийх ёстой байсан.

Ерөнхийдөө эргүүлэх хүчийг эргэлтийн цэгийн байрлал руу перпендикуляр чиглэсэн хүчээр тодорхойлно r зай:

Тиймээс, хэрэв би шоо дээр үйлчлэх хүчийг ямар нэгэн байдлаар хэмжиж чадвал би эргүүлэх хүчийг тооцоолж чадна. Энэ бол яг миний хийсэн зүйл юм. Би кубаа тавиур дээр зөвхөн нэг тал нь хөдөлж чадахаар хавчуулав. Тэр шоог тойруулан уяж, ёроолд нь цүнх хавсаргасан байна. Одоо шоо эргэх хүртэл уутны жинг аажмаар нэмэгдүүлэх л үлдлээ. Нарийн жин байхгүй тул би төмс хэрэглэж, дараа нь хэмждэг. Хамгийн шинжлэх ухааны арга биш, гэхдээ би хамгийн бага эргүүлэх хүчийг хайж олохгүй байгаа тул энэ нь хангалттай юм.

Би гурван удаа хэмжилт хийж, аюулгүй байхын тулд хамгийн өндөр үнэлгээ авсан. Үр дүн нь 0.52 кг байв. Сэр Исаак Ньютоны ачаар хүч нь массын хурдатгалтай тэнцдэг гэдгийг бид мэднэ.

Энэ тохиолдолд хурдатгал нь таталцлын хурдатгал юм. Тиймээс шаардлагатай эргүүлэх хүчийг өгдөг

Рубик шооны диагоналийн талыг багтаасан бүх утгыг залгаснаар эцэст нь шаардлагатай эргүүлэх хүчийг харуулдаг.

Би 0.4Нм хүртэл ажиллах чадвартай stepper мотортой явсан бөгөөд энэ нь хэтэрхий өндөр магадлалтай байсан ч би аюулгүй байхыг хүсч байсан.

Алхам 3: Суурийг бий болгох

Суурь нь маш энгийн модон хайрцагнаас бүрдэх бөгөөд шаардлагатай бүх цахилгаан хэрэгслийг байрлуулсан болно. Энэ нь машиныг асаах, унтраах залгуур, асаалттай эсэхийг заагч LED, USB B порт, тэжээлийн залгуурт залгууртай. Үүнийг 15 мм фанер, зарим эрэг, бага зэрэг цавуу ашиглан бүтээжээ.

Алхам 4: Тоног төхөөрөмжийг угсрах

Одоо суурийг оруулаад шаардлагатай бүх эд ангиудтай болсноор Q-bot угсрахад бэлэн болжээ. Захиалгат эд ангиудыг 3D хэлбэрээр хэвлэж, шаардлагатай бол тохируулсан болно. Энэхүү ible -ийн төгсгөлд та бүх CAD файлыг татаж авах боломжтой. Энэхүү угсралтад 3D хэвлэсэн бүх эд ангиудыг худалдаж авсан эд ангиудтай нь холбох, моторын кабелийг өргөтгөх, бүх эд ангийг сууринд шургуулах зэрэг багтжээ. Нэмж дурдахад би мотор кабелийг тойруулан ханцуйвч хийж, жаахан цэвэрхэн харагдуулж, төгсгөлд нь JST холбогчийг оруулав.

Миний барьсан суурийн ач холбогдлыг тодруулахын тулд угсралт ямар байсныг харуулахын өмнөх ба дараах зургийг энд оруулав. Бүх зүйлийг бага зэрэг цэгцлэх нь асар их өөрчлөлтийг авчрах болно.

Алхам 5: Электроник

Электроникийн хувьд энэ төсөл нь маш энгийн. Хөдөлгүүрийг тэжээдэг 3А хүртэлх гүйдэл дамжуулах 12V үндсэн тэжээлийн хангамж байдаг. Arduino-ийг аюулгүй ажиллуулахын тулд доошлох модулийг ашигладаг бөгөөд бүх stepper мотор драйверуудыг багтаасан Arduino-ийн тусгай бамбайг зохион бүтээжээ. Жолооч нар хөдөлгүүрийг удирдах ажлыг ихээхэн хөнгөвчилдөг. Stepper мотор жолоодох нь тодорхой удирдлагын дарааллыг шаарддаг боловч хөдөлгүүрийн драйверуудыг ашигласнаар хөдөлгүүр эргэх алхам бүрт өндөр импульс үүсгэх шаардлагатай болдог. Нэмж дурдахад хөдөлгүүрийг холбох ажлыг хөнгөвчлөхийн тулд зарим jst холбогчийг бамбай дээр нэмсэн. Arduino -ийн бамбай нь хатуу самбар дээр хатуу хийгдсэн бөгөөд бүх зүйл хэвийн ажиллаж байгаа эсэхийг шалгасны дараа jlc pcb үйлдвэрлэсэн болно.

Энд прототип болон үйлдвэрлэсэн pcb -ийн өмнөх ба дараах байдал байна.

Алхам 6: Програм хангамж ба цуваа интерфэйс

Q-Bot нь хоёр хэсэгт хуваагддаг. Нэг талаас Arduino -ийн удирддаг техник хангамж, нөгөө талаас одоогийн хэрүүл дээр үндэслэн кубыг шийдвэрлэх замыг тооцоолох програм хангамж байдаг. Arduino дээр ажилладаг програмыг би өөрөө бичсэн боловч энэ гарын авлагыг богино байлгахын тулд би энэ талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл өгөхгүй. Хэрэв та үүнийг үзэж, тоглохыг хүсч байвал энэ баримт бичгийн төгсгөлд миний git репозиторийн линкийг өгөх болно. Шийдлийг тооцоолох програм нь цонхны машин дээр ажилладаг бөгөөд үүнийг манай хамт ажилладаг хүн бичсэн бөгөөд түүний эх кодын линкийг энэ номны төгсгөлд олж болно. Хоёр хэсэг нь энгийн цуваа интерфэйсийг ашиглан харилцдаг. Энэ нь Kociemba -ийн хоёр фазын алгоритм дээр үндэслэн шийдлийг тооцоолно. Шийдвэрлэх програм хангамж нь хоёр байтаас бүрдсэн тушаалыг уусгагч руу илгээж, түүнийг "ACK" буцааж өгөхийг хүлээнэ. Ийнхүү уусгагчийг энгийн цуваа дэлгэц ашиглан туршиж, дибаг хийх боломжтой болно. Бүрэн зааварчилгааны багцыг доороос олж болно.

Мотор бүрийг нэг алхам эргүүлэх тушаалууд нь зарим гишгэгчид асаахад санамсаргүй байдлаар жижиг үсрэлт хийдэг асуудлын шийдэл юм. Үүнийг нөхөхийн тулд хөдөлгүүрийг шийдвэрлэх процессоос өмнө анхны байрлалдаа тохируулж болно.

Алхам 7: Дүгнэлт

Найман сарын турш хөгжиж, тангараг өргөж, гараа дарж, Q-bot бүжиглэсний эцэст эцэст нь анхны Рубик шоо амжилттай шийдэгдсэн үе байлаа. Шоо дөрвөлжинийг хяналтын програмд гараар оруулах ёстой байсан боловч бүх зүйл сайн ажилласан.

Би хэдэн долоо хоногийн дараа вэбкамер холбох хэрэгсэл нэмсэн бөгөөд коллеж маань авсан зургуудаас кубыг автоматаар унших програм хангамжийг тохируулсан. Гэсэн хэдий ч энэ нь сайн шалгагдаагүй байгаа бөгөөд зарим сайжруулалтыг хийх шаардлагатай хэвээр байна.

Хэрэв энэ заавар нь таны сонирхлыг өдөөсөн бол бүү эргэлзээрэй, Q-bot-ийн өөрийн хувилбарыг бүтээж эхлээрэй. Энэ нь эхэндээ хүнд хэцүү мэт санагдаж болох ч энэ нь маш их хүчин чармайлт гаргахад үнэтэй юм, хэрвээ би үүнийг хийж чадвал та чаднаа.

Нөөц:

Програм хангамжийн эх код:

github.com/Axodarap/QBot_firmware

Хяналтын програм хангамжийн эх код

github.com/waldhube16/Qbot_SW