PID -juhitav kuulide tasakaalustamise Stewarti platvorm: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Motivatsioon ja üldine kontseptsioon:

Koolitusel töötava füüsikuna köidan ma loomulikult füüsilisi süsteeme ja püüan neid mõista. Mind on koolitatud lahendama keerukaid probleeme, jagades need kõige elementaarsemateks ja olulisimateks koostisosadeks, seejärel ehitades probleemi sealt üles. Kuigi ma olen mehaanikat ja elektromagnetismi õppinud esimestest põhimõtetest, ei ole ma neid veel mõnes füüsilises rakenduses kasutanud. Lõpuks saan selle võimaluse, luues roboti, mis kasutab automaatse juhtimise teooriat, et iseseisvalt tasakaalustada palli tasasel, täielikult juhitaval platvormil!

Selles juhendis; mis on mõeldud tehniliselt taiplikule häkkerile, programmeerijale või insenerile, kasutame oma mikrokontrollerite platvormina Arduino Unot. Suletud tagasisideahel käivitub esmalt, kui tajub tasasel puuteekindlal ekraanil asuva täismetallist kuullaagri asendit, mis tagastab kuulide vahetu positsiooni. See positsioon sisestatakse seejärel proportsionaalse integraali tuletise (PID) kontrollerisse, mille oleme programmeerinud Arduino Unosse. Olen teinud selle koodi avatud lähtekoodiga ja projektis lingitud. Kontrolleri ülesandeks on taastada pall lauale kasutaja valitud asendisse, isegi kui see on oluliselt häiritud. Struktuurne tugiplatvorm, mida me kasutame, on tuntud kui “Stewarti platvorm” ja seda toetavad kuus sõltumatut ühendusvarda, mida juhivad servomootorid, mis tagavad kuni kuus vabadusastet; X-, Y- ja Z -tõlked, veeremine, samm ja pöörlemine (pöörlemised vastavalt X-, Y- ja Z -telje ümber). Sellise väga mobiilse platvormi ülesehitamine ja programmeerimine kujutab endast oma väljakutseid, nii et selle projekti puhul kasutame ainult kasutajate soovitud vabadusastmeid, jättes teised valikuliseks funktsionaalsuse täienduseks, kui kasutaja seda soovib. Koos platvormiga, mis liigutab palli ükskõik millisesse kasutaja määratud staatilisse asendisse, on edasijõudnutel programmeerijatel lihtne programmi täiustada ja lisada mõningaid näpunäiteid, asendades meie staatilise, kasutaja määratud positsiooni pooleldi pideva kasutajajäljega. määratletud tee, näiteks joonis kaheksa, ringikujuline trajektoor, teie nimi kursiivis või minu lemmik kellegi pliiatsi või sõrme otseülekanne tema enda mobiilseadmes! Head häkkimist!

Samm: hankige materjalid

Vajalikud materjalid:

1. Mõned lehed 1/4 "ja 1/8" akrüülist

2. 6 - Servomootorid (kasutasime HS5485HB servot)

3. 6 - Keermestatud (reguleeritavad) ühendusvardad

4. 6 - CNC -mehaaniliselt töödeldud servoarmad, millel on mitu auku reguleerimiseks

5. 12 - Heimi liigendvarda otsad

6. 6 - vardad (reguleeritavad)

7. 1–17”viie juhtmega vastupidav puutetundliku ekraaniga USB-komplekt (kuullaagri asend)

Samm: valmistage materjalid ette

Parim viis akrüüli lõikamiseks on laserkaamera kasutamine. Juurdepääs sellele võib olla keeruline, nii et akrüüli saab hõlpsasti lõigata ka tuttavate lõikeriistadega, korralikult koolitatud ja ohutult töötada. Kui ma seda näiteks kodus teeksin, kasutaksin käsitsisaega. Stewarti platvormi üldine kuju ei pea täpselt vastama minu ehitatud mudelile. Siiski tahan välja tuua mõned lihtsustavad võimalused. Esiteks on palju lihtsam kaardistada helikõrguse ja veeremise vabadusastmeid, kasutades tavalise kahe asemel kolme baasi. seda tehakse, muutes ühendusvardade kinnitamise tegeliku platvormi külge võrdkülgseks kolmnurgaks. See võimaldab teil tähelepanuta jätta kõik keerdused, mis tekivad nihke ja veerevabadusastmete (DOF) nullist leidmisel, selle asemel kasutame 3 mittelineaarselt sõltumatut "alust", mis on lihtsalt kolmnurga selle nurga kaart, mis tõuseb ülespoole. Selle põhjal oleks teile või mulle keeruline välja kirjutada koordinaadid, kuid nende aluste vastastikust sõltuvust saab koodiga hõlpsasti lahendada. See lihtsustav eeldus on võtmetähtsusega, et jätta tähelepanuta kõik geomeetria keerukused. Vaadake üksikasju pildilt MS Paint graafika ja tahvli pilt.

Kui tükid on lõigatud, peate puurima välja kõik augud, millega teie ühendusvardad ja kuulliited ühenduvad. Olge ettevaatlik, et augu suurus sobiks teie kasutatava riistvaraga. See on teie valitud kinnitusdetailide toimimiseks ülioluline. Aukude suurused sõltuvad sellest, millise suurusega kraani vajate oma kinnitusvahendi jaoks. Selleks otsige veebist konkreetse kraani suuruse, sammu ja niidi tüübi kohta viide (trahvi vs kurss). Soovitan akrüülile kursuse niite, kuid kui peate kasutama peenikest niiti, peaks see toimima, kuna me kasutasime seda niikuinii. Nüüd on aeg liikuda montaaži juurde.

Samm: materjalide kokkupanek

Pange materjalid hoolikalt kokku spetsifikatsiooni järgi. Olge eriti ettevaatlik, et mitte kruvisid eemaldada. Kui see on tehtud, peate riistvara vahetama, suurendades ja puurides suuremaid auke ja neid koputades, või peate lõikama täiesti uue akrüülitüki. Olge ettevaatlik ka puutetundliku ekraaniga. See on habras !!! Lõppude lõpuks on see õhuke klaasikiht. Pange tähele, et meil endal juhtus õnnetus.

4. samm: programmeerimine

Programmeerimine võib aega võtta. See on koht, kus teie programmeerimisoskus võib tõesti ära tasuda. Te ei pea suutma koodi nullist kirjutada, kuid kui leiate hästi kommenteeritud ja organiseeritud lähtekoodi, mida muuta, muudab see elu palju lihtsamaks. Siin on link meie lähtekoodile: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, aidake ennast! See pole kindlasti optimeeritud, kuid sai töö tehtud! Pidage meeles, et me kasutame kontrollkaardi jaoks kolme erinevat mitteorthogaalset mittelineaarselt sõltumatut alust. Me lihtsalt loeme kõike x, y ja kaardistame A, B ja C. See vastus häälestatakse seejärel globaalselt, et reguleerida, kui palju me tahame, et süsteem reageeriks.

Samm: testimine

Siin katsetame vabadusastmeid. Pange nüüd tähele, kuidas meie kolm baasi end ära tasuvad! Näiteks rull -DOF -i saamiseks läheme lihtsalt ühe ühiku võrra alla vasakult, samal ajal ühe ühiku võrra paremale üles ja vastupidi teise suuna jaoks. Samuti on oluline puuteekraanilt müra filtreerimine piisavalt hästi tehtud. See on hädavajalik, et PID -sse sisestada häid andmeid.

6. samm: peenhäälestus ja naudi

Katsetamise etapp oli tõepoolest lihtsalt vigade eemaldamiseks. Siin keskendume juhtsüsteemi peenhäälestamisele. seda saab kõige paremini teha eelseadistatud algoritmiga. Minu lemmik on läheneda sellele nagu kriitilisele summutusprobleemile, Ahem! Ma olen füüsik! Nii et lülitate summutava termini välja! St tuletisinimene, mis toimib nagu lohistav termin. Nüüd hakkab pall metsikult võnkuma! Eesmärk on aga see, et võnkumised oleksid võimalikult harmoonilisele lähedased, mitte ei kasvaks ega laguneks, nii hästi kui võimalik. Kui see on tehtud, lülitate tuletisinstrumendi sisse ja kohandate, kuni see jõuab võimalikult kiiresti tasakaalu. See on siis, kui saavutatakse kriitiline summutamine. Kui see aga ei tööta, on PID -juhitavate süsteemide jaoks palju muid hästi tõestatud häälestusskeeme. Leidsin selle Vikipeediast, PID -kontrolleri alt. Tänan teid väga, et vaatasite minu projekti üle ja palun võtke ühendust, kui teil on küsimusi, vastan meeleldi teie küsimustele. Eriline märkus: Tahan juhtida tähelepanu sellele, et selle projekti tegime algusest lõpuni Miracle Max Guerrro ja mina veidi alla nelja nädala jooksul, sealhulgas ootasime kaks nädalat uue ekraani, mis oli tolli vahele jäänud, pärast meie esimest murdis. Nii et palun vabandage, et see pole kaugeltki täiuslik jõudlus. Head häkkimist!