Q -Bot - Рубиктин ачык булагы: 7 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:38

Сизде Рубиктин кубиги бар экенин элестетип көрүңүз, сиз 80 -жылдардагы табышмакты билесиз, бирок аны кантип чечүүнү эч ким билбейт жана сиз аны баштапкы үлгүсүнө кайтаргыңыз келет. Бактыга жараша, бул күндөрү чечүү көрсөтмөлөрүн табуу абдан оңой. Ошентип, онлайнга кирип, видеону карап, кубаныч тартуулоо үчүн тараптарды бурууну үйрөнүңүз. Муну бир нече жолу жасагандан кийин, бир нерсе жетишпей жатканын түшүнөсүз. Ичинде толтурулбай турган тешик. Ичиңиздеги инженерлер/жаратуучу/хакер ушунчалык таң калыштуу нерсени ушунчалык жөнөкөй жол менен чечүүгө канааттанбайт. Эгер сиз үчүн бардык чечимдерди аткарган машина болсо, анда поэтикалуу болмок эмес беле? Эгер сиз бир нерсе курсаңыз, досторуңуздун баары таң калат беле? Мен сизге кепилдик бере алам, бул сиздин жаратууңуз кереметтерди көрүп, Рубик кубигин чечүүдөн жакшыраак болбойт. Ошентип, келип, мени менен бирге Q-Bot куруунун укмуштуу саякатына кошулуңуз, ачык булак Rubik's Cube Solver, бул эч кандай дүйнөлүк рекорддорду жаңыртпайт, бирок сизге бир нече саат кубаныч тартуулайт (албетте, бардык нааразычылыктарды баштан кечиргенден кийин) курулуш процессинде).

1 -кадам: Аппаратты долбоорлоо

Толук чечүүчү Катиядагы CAD менен иштелип чыккан. Ошентип, дизайндагы каталардын көбү физикалык компоненттерди чыгарардан мурун табылып, оңдолушу мүмкүн. Чечимдердин көбү prusa MK3 принтеринин жардамы менен PLAда 3D түрдө басылган. Мындан тышкары, төмөнкү жабдыктар колдонулган:

• 8 даана 8 мм алюминий таяк (узундугу 10 см)
• 8 сызыктуу шардык подшипниктер (LM8UU)
• бир аз 2 м GT2 6мм убакыт куру + кээ бир шкивтер
• 6 NEMA 17 биполярдык тепкич моторлору
• 6 Polulu 4988 тепкич айдоочулар
• долбоордун контроллери катары Арудино Мега
• 12 В 3А электр булагы
• Ардуинону коопсуз иштетүү үчүн конвертер
• кээ бир бурамалар жана бириктиргичтер
• база үчүн бир аз фанера

Аппараттык сүрөттөмө

Бул бөлүмдө кыскача Q-Bot кантип иштээри жана жогоруда айтылган компоненттердин колдонулушу камтылган. Төмөндө сиз толугу менен чогултулган CAD моделинин рендерингин көрө аласыз.

Q-бот 3D мотору бар Рубиктин кубогуна түздөн-түз тиркелген төрт мотору менен иштейт. Бул сол, оң, алдыңкы жана арткы түз бурула алат дегенди билдирет. Эгерде үстү же асты жагын буруш керек болсо, кубдун баарын буруш керек, андыктан моторлордун экөөсүн алыстатуу керек. Бул ар бир кармоочу моторду башка тепкич мотору башкарган чанага жана сызыктуу рельс системасы боюнча убакыт куруна бекитүү аркылуу жасалат. Темир жол системасы чанадагы көңдөйгө орнотулган эки 8 шарик подшипнигинен турат жана бүт чана эки 8 мм алюминий шахтасында жүрөт. Төмөндө сиз эриткичтин бир огунун подборун көрө аласыз.

X- жана y-огу негизинен окшош, алар курдун орнотуу чекитинин бийиктигинде гана айырмаланат, бул толугу менен куралганда эки курдун ортосунда эч кандай кагылышуу болбойт.

2 -кадам: Туура моторлорду тандоо

Албетте, бул жерде туура моторлорду тандоо абдан маанилүү. Негизги бөлүгү - бул кубикти Рубикке айлантуу үчүн күчтүү болушу керек. Бул жерде бир гана көйгөй - Рубиктин кубдорунун бир дагы өндүрүүчүсү момент рейтингин бербейт. Ошентип, мен импровизация жасоого жана өзүмдүн өлчөөлөрүмдү жасоого туура келди.

Жалпысынан момент r аралыкта айлануучу чекиттин абалына перпендикуляр багытталган күч менен аныкталат:

Ошентип, мен кандайдыр бир жол менен кубага карата колдонулган күчтү өлчөй алсам, моментти эсептей алмакмын. Бул так мен кылган нерсе. Мен текчемди бир тарабы гана жыла тургандай кылып текчеге кыстым. Бул жиптин түбүнө байланган жана түбүнө баштык салынган. Эми болгону куба бурулганга чейин баштыктын салмагын акырындык менен көбөйтүү калды. Так таразалардын жоктугунан картошканы колдонуп, кийин өлчөдүм. Эң илимий ыкма эмес, бирок минималдуу моментти табууга аракет кылбаганым үчүн бул жетиштүү.

Мен үч жолу өлчөдүм жана коопсуз болуу үчүн эң жогорку бааны алдым. Жыйынтыгында 0,52 кг болгон. Эми Исаак Ньютондун аркасында Force массалык ылдамдатууга барабар экенин билебиз.

Ылдамдануу, бул учурда гравитациялык ылдамдык. Ошентип, керектүү момент тарабынан берилет

Бардык баалуулуктарды, анын ичинде Рубик кубунун диагоналынын жарымын кошуу, акыры керектүү моментти ачат.

Мен 0.4Нмге чейин колдонууга жөндөмдүү кадам моторлору менен бардым, бул, балким, ашыкча, бирок мен коопсуз болгум келди.

3 -кадам: Базаны куруу

База абдан жөнөкөй жыгач кутудан турат жана анда керектүү бардык электроника бар. Бул машинаны күйгүзүү жана өчүрүү үчүн штепсель, күйгүзүлгөнүн көрсөтүүчү LED, USB B порту жана электр менен камсыздоо үчүн розетка бар. Ал 15 мм фанера, кээ бир бурамалар жана бир аз клей колдонулган.

4 -кадам: Аппаратты чогултуу

Эми бардык керектүү тетиктер, анын ичинде база менен, Q-бот чогултууга даяр болчу. Ыңгайлаштырылган бөлүктөр 3D басып чыгарылды жана керектүү жерде туураланды. CAD файлдарынын бардыгын бул китептин аягында жүктөп алсаңыз болот. Жыйнакка 3D басылган бардык тетиктерди сатып алынган бөлүктөргө орнотуу, мотор кабелдерин кеңейтүү жана тетиктердин бардыгын базага буроо кирген. Мындан тышкары, мен мотор кабелдеринин айланасына жеңдерин кийип, бир аз тыкан көрүнүп, JST коннекторлорун учтарына кошуп койдум.

Мен курган базанын маанилүүлүгүн баса белгилөө үчүн, бул жерде ассамблея кандай болгонуна чейин жана андан кийин тартылган. Баарын бир аз ирээтке келтирүү чоң айырманы жаратышы мүмкүн.

5 -кадам: Электроника

Ал эми электроникага келсек, долбоор абдан жөнөкөй. Моторлорду иштетүүчү 3Ага чейин токту жеткире ала турган негизги 12В электр энергиясы бар. Артунаону коопсуз иштетүү үчүн баскыч модулу колдонулат жана бардык мотор драйверлери жайгашкан Arduino үчүн бажы калканы иштелип чыккан. Айдоочулар моторлорду башкарууну бир топ жеңилдетет. Баскычтуу моторду башкаруу үчүн белгилүү бир башкаруу ырааттуулугу талап кылынат, бирок мотор драйверлерин колдонуу менен биз мотордун айлануучу ар бир кадамы үчүн жогорку импульсту жаратышыбыз керек. Мындан тышкары, кыймылдаткычтарды туташтырууну жеңилдетүү үчүн калканга кээ бир jst коннекторлору кошулган. Arduino үчүн калкан перформаттын бир бөлүгүнө бекем курулган жана баары иштей турганына ынангандан кийин, ал jlc pcb тарабынан өндүрүлгөн.

Бул жерде прототиптин жана өндүрүлгөн PCBтин алдында жана кийин.

6 -кадам: Программалык камсыздоо жана сериялык интерфейс

Q-Bot эки бөлүккө бөлүнөт. Бир жагынан, Arduino тарабынан башкарылуучу жабдыктар бар, экинчи жагынан, учурдагы чаташуунун негизинде кубдун чечилүү жолун эсептеген программалык камсыздоо бар. Arduinoдо иштеп жаткан камтылган программаны өзүм жазгам, бирок бул колдонмону кыска кылуу үчүн мен бул жерде эч кандай майда -чүйдөсүнө чейин айтпайм. Эгер сиз аны карап, аны менен ойноону кааласаңыз, анда менин док репозиторийиме шилтеме ушул документтин аягында берилет. Чечимди эсептөөчү программа терезе машинасында иштейт жана аны менин кесиптешим жазган, дагы анын булак кодунун шилтемелерин бул китептин аягында тапса болот. Эки бөлүк жөнөкөй сериялык интерфейс аркылуу байланышат. Бул чечимди Косиембанын эки фазалуу алгоритминин негизинде эсептейт. Чечүүчү программа эки байттан турган буйрукту чечүүчүгө жөнөтөт жана анын "ACK" кайтарылышын күтөт. Ошентип, чечүүчү жөнөкөй сериялык монитордун жардамы менен текшерилип, оңдоло алат. Толук көрсөтмө топтомун төмөндө тапса болот.

Ар бир моторду бир кадамга айлантуу буйруктары, кээ бир тепкичтер туш келди кубаттуулукта кичинекей секирүүлөрдү аткара турган көйгөйдү чечүү болуп саналат. Мунун ордун толтуруу үчүн моторлорду чечүү процессине чейин баштапкы абалына туураласа болот.

7 -кадам: Жыйынтык

Сегиз ай иштеп чыккандан кийин, сөгүнүү, баскычтопту басуу жана Q-бот бийлөө акыры биринчи Рубик кубиги ийгиликтүү чечилген жерге келди. Кубдун чатырын башкаруу программасына кол менен киргизүү керек болчу, бирок баары жакшы иштеди.

Мен бир -эки жумадан кийин веб -камерага тиркемени коштум жана колледжим программаны кубаны тартылган сүрөттөрдөн автоматтык түрдө окуу үчүн тууралады. Бирок, бул азырынча жакшы текшериле элек жана дагы эле жакшыртууларды талап кылат.

Эгерде бул сиздин кызыгууңузду жаратса, тартынбаңыз жана Q-боттун жеке версиясын түзө баштаңыз. Бул адегенде оор көрүнүшү мүмкүн, бирок бул аракетке абдан арзыйт, эгер мен муну кыла алсам, сен да кыла аласың.

Ресурстар:

Камтылган программанын баштапкы коду:

github.com/Axodarap/QBot_firmware

Программалык камсыздоонун баштапкы коду

github.com/waldhube16/Qbot_SW