Q -Bot - Рубик кубигінің ашық көзі: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Сізде Рубик кубигі бар екенін елестетіп көріңізші, сіз 80 -ші жылдардағы басқатырғышты білесіз, бірақ оны шешуді ешкім білмейді және сіз оны бастапқы үлгісіне қайтарғыңыз келеді. Бақытымызға орай, бұл күндері нұсқауларды табу өте оңай. Сонымен, желіге кіріп, бейнені қараңыз, сізге жағын қалай бұру керектігін біліңіз, бұл сізге қуаныш әкеледі. Бірнеше рет жасағаннан кейін, сізде бір нәрсе жетіспейтінін түсінесіз. Ішінде толтыруға болмайтын тесік. Сіздің ішіңіздегі инженерлер/жасаушы/хакер таңғажайып нәрсені қарапайым түрде шешуге қанағаттанбайды. Егер сізде барлық мәселені шешетін машина болса, бұл әлдеқайда поэтикалық болмас па еді? Егер сіз бірдеңе салсаңыз, барлық достарыңыз сізді таңғалдырар ма еді? Мен сізге кепілдік бере аламын, бұл сіздің жаратылыстың ғажайыптар мен Рубик кубигін шешуін көруден гөрі жақсы болмайды. Сонымен, келіңіз және маған Q-Bot құрудың ғажайып саяхатына қосылыңыз, бұл Рубик кубикінің ашық көзі, ол әлемдік рекордтарды жаңартпайды, бірақ сізге бірнеше сағат қуаныш сыйлайды (әрине, барлық қиындықтардан өткеннен кейін) құрылыс процесінде).

1 -қадам: Жабдықтың дизайны

Толық шешуші Catia CAD көмегімен жасалған. Осылайша, көптеген физикалық компоненттерді жасамас бұрын, дизайндағы қателердің көбін табуға және түзетуге болады. Шешкіштің көп бөлігі prusa MK3 принтерінің көмегімен PLA форматында 3D түрде басылды. Сонымен қатар келесі жабдықтар қолданылды:

• 8 дана алюминий таяқшаның 8 дана (ұзындығы 10 см)
• 8 сызықты шарикті мойынтіректер (LM8UU)
• GT2 6мм уақыт белбеуінің 2 м -ден аз бөлігі + кейбір шкивтер
• 6 NEMA 17 биполярлық қадамдық қозғалтқыштар
• 6 Polulu 4988 қадамдық жүргізушілер
• жобаның контроллері ретінде Арудино Мега
• 12 В 3А қуат көзі
• arduino -ны қауіпсіз түрде қосу үшін төменге қарай түрлендіргіш
• кейбір бұрандалар мен қосқыштар
• негізге арналған бірнеше фанера

Аппараттық құралдардың сипаттамасы

Бұл бөлімде Q-Bot жұпының қалай жұмыс жасайтыны және жоғарыда аталған компоненттердің қолданылуы қысқаша қарастырылады. Төменде сіз толық жиналған САПР үлгісін көрсете аласыз.

Q-бот 3D қозғалтқышы бар Рубик текшесіне тікелей бекітілген төрт мотормен жұмыс істейді. Бұл солға, оңға, алдыңғыға және артқа тікелей бұрылуға болатынын білдіреді. Егер үстіңгі немесе астыңғы жағын бұру қажет болса, текшені түгел бұру керек, сондықтан екі қозғалтқышты алыстату керек. Бұл қысқыш қозғалтқыштардың әрқайсысын басқа сатылы қозғалтқыш басқаратын шаналарға және сызықтық рельсті жүйе бойынша уақыт белдеуіне бекіту арқылы жүзеге асады. Рельс жүйесі шананың қуысына бекітілген екі 8 шарикті мойынтіректен тұрады және бүкіл шана 8 мм алюминийден екі білікке отырады. Төменде сіз еріткіштің бір осінің қосалқы жинағын көре аласыз.

Х және у осі негізінен ұқсас, олар тек белбеуді бекіту нүктесінің биіктігінде ғана ерекшеленеді, сондықтан толық жиналған кезде екі белдіктің соқтығысуы болмайды.

2 -қадам: дұрыс қозғалтқышты таңдау

Әрине, мұнда дұрыс қозғалтқышты таңдау өте маңызды. Негізгі бөлігі - олар Рубик кубигін айналдыра алатындай күшті болуы керек. Мұндағы жалғыз мәселе - Рубик кубиктерінің бірде -бір өндірушісі крутящий рейтингі бермейді. Сондықтан мен импровизация жасап, өз өлшемдерімді жасауым керек болды.

Әдетте момент r нүктесіндегі айналу нүктесінің орнына перпендикуляр бағытталған күшпен анықталады:

Сонымен, егер мен қандай да бір жолмен текшеге қолданылатын күшті өлшей алсам, айналу моментін есептей аламын. Мен дәл осылай жасадым. Мен текшені тек бір жағы қозғалатын етіп сөреге қыстым. Бұл жіп текшеге байланған және төменгі жағында сөмке салынған. Енді текше айналғанша сөмкедегі салмақты біртіндеп ұлғайту ғана қалды. Дәл салмақ болмағандықтан мен картопты қолдандым, содан кейін өлшедім. Ең ғылыми әдіс емес, бірақ мен ең аз моментті табуға тырыспайтындықтан, бұл жеткілікті.

Мен үш рет өлшедім және қауіпсіз болу үшін ең жоғары мәнді алдым. Алынған салмақ 0,52 кг болды. Енді Исаак Ньютонның арқасында біз күш массалық жылдамдыққа тең екенін білеміз.

Бұл жағдайда үдеу - бұл гравитациялық үдеу. Осылайша, қажетті момент беріледі

Рубик кубигінің диагоналінің жартысын қосқанда, барлық мәндерді қосқанда, қажетті момент ашылады.

Мен 0,4Нм -ге дейін қолдануға болатын қадамдық қозғалтқыштармен жүрдім, бұл шамасы, бірақ мен қауіпсіз болғым келді.

3 -қадам: базаны құру

Негізі өте қарапайым ағаш қораптан тұрады және онда барлық қажетті электроника бар. Құрылғыны қосуға және өшіруге арналған штепсель, оның қосылғанын көрсететін жарық диоды, USB B порты және қуат көзіне қосылатын розетка бар. Ол 15 мм фанера, бірнеше бұрандалар мен желімнің көмегімен жасалған.

4 -қадам: аппараттық құралдарды жинау

Енді барлық қажетті бөлшектермен, оның ішінде базамен бірге Q-бот жинауға дайын болды. Арнаулы бөлшектер 3D басып шығарылды және қажет болған жағдайда реттелді. Сіз осы кітаптың соңында барлық АЖЖ файлдарын жүктей аласыз. Құрылғы 3D басып шығарылған бөлшектерді сатып алынған бөлшектермен жабдықтауды, мотор кабельдерін ұзартуды және барлық бөлшектерді негізге бұрауды қамтыды. Сонымен қатар, мен мотор кабельдерінің айналасына сәл ұқыпты көріну үшін жеңдерді кигіздім және олардың ұштарына JST қосқыштарын қостым.

Мен салған базаның маңыздылығын көрсету үшін, жинақтың қалай көрінетінін түсіргенге дейін және кейін. Барлығын аздап түзету үлкен өзгеріс әкелуі мүмкін.

5 -қадам: электроника

Электроникаға келетін болсақ, жоба өте қарапайым. Қозғалтқыштарды қуаттандыратын 3А токқа дейін жеткізе алатын 12В негізгі қуат көзі бар. Ардуиноны қауіпсіз қуаттандыру үшін төмендеткіш модуль қолданылады және барлық мотор драйверлері бар Arduino үшін арнайы қалқан жасалған. Жүргізушілер қозғалтқышты басқаруды айтарлықтай жеңілдетеді. Қадамдық қозғалтқышты басқару белгілі бір реттілікті қажет етеді, бірақ қозғалтқыштың көмегімен біз қозғалтқыштың әр қадамы үшін жоғары импульсті генерациялауымыз керек. Сонымен қатар, қозғалтқыштарды қосуды жеңілдету үшін қалқанға кейбір jst қосқыштары қосылды. Arduino қалқаны перфорация тақтасының бір бөлігіне берік салынған және бәрі ойдағыдай жұмыс істейтініне көз жеткізгеннен кейін jlc pcb шығарған.

Міне, прототип пен өндірілген компьютердің алдында және кейін.

6 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз ету және сериялық интерфейс

Q-Bot екі бөлікке бөлінеді. Бір жағынан, Arduino басқаратын аппараттық құрал бар, екінші жағынан, ағымдағы шатасуға негізделген кубты шешу жолын есептейтін бағдарламалық жасақтама бар. Arduino -да жұмыс істейтін микробағдарламаны мен жазғанмын, бірақ бұл нұсқаулықты қысқарту үшін мен бұл жерде егжей -тегжейлі айтпаймын. Егер сіз оны қарап, онымен ойнағыңыз келсе, менің құжат қоймасына сілтеме осы құжаттың соңында беріледі. Шешімді есептейтін бағдарламалық қамтамасыз ету Windows машинасында жұмыс істейді және оны менің әріптесім жазды, оның бастапқы кодына сілтемелерді осы кітаптың соңында табуға болады. Екі бөлік қарапайым сериялық интерфейс арқылы байланысады. Ол Косиембаның екі фазалы алгоритміне негізделген шешімді есептейді. Бағдарламалық қамтамасыз ету шешушіге екі байттан тұратын пәрмен жібереді және оның «ACK» қайтаруын күтеді. Осылайша шешушіні қарапайым сериялық монитор көмегімен тексеруге және күйін келтіруге болады. Толық нұсқауларды төменде табуға болады.

Әр қозғалтқышты бір қадамға айналдыру пәрмендері - бұл кейбір қадамшылар кездейсоқ кездейсоқ секіруді орындайтын мәселенің шешімі. Мұның орнын толтыру үшін қозғалтқыштарды шешуге дейін бастапқы күйіне келтіруге болады.

7 -қадам: Қорытынды

Сегіз айлық дамудан, ант ішуден, пернетақтаны басудан және Q-ботты билегеннен кейін ақырында Рубик текшесі табысты шешілді. Текшенің шиеленісін басқару бағдарламасына қолмен енгізу керек болды, бірақ бәрі жақсы жұмыс істеді.

Мен бірнеше аптадан кейін веб -камераға қондырма қостым, ал колледжім текшені алынған суреттерден автоматты түрде оқу үшін бағдарламалық жасақтаманы реттеді. Дегенмен, бұл әлі жақсы тексерілмеген және әлі де жетілдіруді қажет етеді.

Егер бұл сіздің қызығушылығыңызды тудырса, тартынбаңыз және Q-боттың жеке нұсқасын құруды бастаңыз. Басында бұл қиын сияқты көрінуі мүмкін, бірақ бұл өте қажет, егер мен мұны істей алсам.

Ресурстар:

Микробағдарламаның бастапқы коды:

github.com/Axodarap/QBot_firmware

Бағдарламалық қамтамасыз етудің бастапқы коды

github.com/waldhube16/Qbot_SW