Platforma Stewart e balancimit të topit të kontrolluar nga PID: 6 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:23

Motivimi dhe koncepti i përgjithshëm:

Si një fizikan në stërvitje, unë jam tërhequr natyrshëm dhe kërkoj të kuptoj sistemet fizike. Unë jam trajnuar për të zgjidhur problemet komplekse duke i ndarë ato në përbërësit e tyre më themelorë dhe më thelbësorë, pastaj duke e ndërtuar problemin përsëri atje. Megjithëse kam mësuar mekanikë dhe elektromagnetizëm nga parimet e para, nuk më duhet t'i përdor ato në ndonjë aplikim fizik. Më në fund do ta marr këtë mundësi duke krijuar një robot që përdor teorinë e kontrolleve automatike për të balancuar në mënyrë autonome një top në një platformë të sheshtë, plotësisht të kontrolluar, të gjitha më vete!

Në këtë mënyrë si; i cili është menduar për hakerin, programuesin ose inxhinierin teknik, ne do të përdorim një Arduino Uno si platformën tonë të mikrokontrolluesve. Lakri i mbyllur i reagimit fillon së pari kur ndjen pozicionin e një kushinete të fortë metalike të shtrirë në një ekran rezistent me prekje të sheshtë, i cili ushqen topat në pozicionin e menjëhershëm. Ky pozicion më pas futet në një kontrollues proporcional-integral-derivativ (PID), të cilin e kemi programuar në Arduino Uno. Unë e kam bërë këtë kod me burim të hapur dhe të lidhur në projekt. Kontrolluesi ka për detyrë të rivendosë topin në çdo pozicion të zgjedhur nga përdoruesi në tavolinë, edhe kur është i shqetësuar në mënyrë të konsiderueshme. Platforma mbështetëse strukturore që do të përdorim njihet si një "platformë Stewart" dhe mbështetet nga gjashtë shufra lidhës të pavarur të drejtuar nga motorët servo të cilët do të sigurojnë deri në gjashtë shkallë lirie; Përkthimet X, Y dhe Z, rrotullimi, lartësia dhe animi (rrotullimet në lidhje me akset X, Y dhe Z respektivisht). Ndërtimi dhe programimi i një platforme kaq të lëvizshme paraqet sfidat e veta, kështu që për këtë projekt, ne do të thërrasim vetëm në shkallën e lirisë, duke i lënë të tjerët si azhurnime opsionale të funksionalitetit, nëse përdoruesi dëshiron. Së bashku me platformën që lëviz topin në cilindo nga pozicionet e përcaktuara nga përdoruesi statik, programuesit e avancuar do ta kenë të lehtë të përmirësojnë programin dhe të shtojnë një panache duke zëvendësuar pozicionin tonë statik, të përcaktuar nga përdoruesi, me një gjurmë gjysmë të vazhdueshme të një përdoruesi shteg i përcaktuar, siç është figura tetë, trajektore rrethore, emri juaj në kurs, ose i preferuari im një transmetim i drejtpërdrejtë i stilografit ose gishtit të dikujt në pajisjen e tyre të lëvizshme! Gëzuar hakimin!

Hapi 1: Merrni materiale

Materialet e nevojshme:

1. Disa fletë akrilike 1/4 "dhe 1/8"

2. 6 - Servo Motors (Ne përdorëm HS5485HB Servo's)

3. 6 - Shufra lidhës me fije (të rregullueshme)

4. 6 - Servo Arm të përpunuara me CNC me vrima të shumta për rregullueshmëri

5. 12 - Përfundon Shufra e Përbashkët e Heim

6. 6 - Shufra (të rregullueshme)

7. Panele USB me ekran me prekje me rezistencë ndaj telave me pesë tela (pozicioni i kuptimit të mbajtjes së topit)

Hapi 2: Përgatitni materialet

Mënyra më e mirë për të prerë akrilik është duke përdorur një kamerë lazer. Qasja në njërën prej tyre mund të jetë e vështirë, kështu që akriliku gjithashtu mund të pritet lehtësisht duke përdorur çfarëdo mjeti prerës për të cilin jeni njohur, të stërvitur siç duhet dhe që mund të veprojë në mënyrë të sigurt. Nëse do ta bëja këtë në shtëpi, për shembull, do të përdorja një sharrë për përballimin e dorës. Forma e përgjithshme e platformës Stewart nuk duhet të përputhet saktësisht me modelin që kam ndërtuar. Sidoqoftë, unë dua të theksoj disa mundësi thjeshtuese. Së pari, është shumë më e lehtë të hartosh shkallën e lirisë së lartësisë duke përdorur tre baza, në vend të dy standardeve. kjo bëhet duke e bërë ngjitjen e shufrave lidhës në platformën aktuale një trekëndësh barabrinjës. Kjo ju lejon të lini pas dore të gjitha ndërlikimet e gjetjes së shkallës së lirisë së lartësisë (DOF) nga e para, në vend të kësaj ne përdorim 3 "bazë" jo-lineare të pavarur që janë thjesht harta e atij cepi të trekëndëshit që shkon lart. Kjo do të ishte sfiduese për ju ose për të shkruar koordinatat në këtë bazë, por ndërvarësia e këtyre bazave trajtohet lehtësisht nga kodi. Ky supozim thjeshtues është çelësi për të lënë pas dore të gjitha ndërlikimet e gjeometrisë. Shikoni figurën grafike MS Paint dhe tabelën e bardhë për detaje.

Pasi copat të jenë prerë, do t'ju duhet të shponi të gjitha vrimat, aty ku lidhen shufrat tuaja lidhëse dhe nyjet e topit. Kini kujdes që madhësia e vrimës të përputhet me pajisjen e duhur që po përdorni. Kjo është jetike për të punuar fiksuesit tuaj të zgjedhur. Madhësitë e vrimave bazohen në atë madhësi çezme që do t'ju nevojitet për fiksuesin tuaj. Për ta bërë këtë, gjeni një referencë në internet për madhësinë specifike të rubinetit, lartësinë dhe llojin e fillit (gjobë kundrejt kursit). Unë rekomandoj fijet e kurseve për akrilik, por nëse duhet të përdorni fije të imëta, duhet të funksionojë, pasi që gjithsesi ne kemi përdorur. Tani është koha për të kaluar në asamble.

Hapi 3: Mblidhni materialet

Mblidhni me kujdes materialet sipas specifikimeve. Jini veçanërisht të kujdesshëm që të mos hiqni vida. Pasi të bëhet kjo, ose do të duhet të ndryshoni pajisjet duke përmasuar dhe shpuar vrima më të mëdha dhe duke i prekur ato, ose do t'ju duhet të prerë një copë krejtësisht të re akrilike. Vini re gjithashtu të jeni të kujdesshëm me ekranin rezistent ndaj prekjes. Fragshtë e brishtë !!! Aftershtë një shtresë e hollë qelqi në fund të fundit. Vini re se ne patëm një aksident vetë.

Hapi 4: Programimi

Programimi mund të marrë pak kohë. Kjo është ajo ku aftësitë tuaja programuese mund të paguhen vërtet. Ju nuk keni nevojë të jeni në gjendje të shkruani kodin nga e para, por nëse mund të gjeni një kod burimi të komentuar dhe organizuar mirë për ta modifikuar, atëherë kjo e bën jetën shumë më të lehtë. Këtu është lidhja me kodin tonë burimor: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, ndihmoni veten! Sigurisht që nuk është optimizuar, por e përfundoi punën! Mbani mend se ne po përdorim tre baza të veçanta jo-ortoganale, jo-lineare të pavarura për hartën e kontrolleve. Ne thjesht po lexojmë gjithçka në x, y dhe po hartojmë në A, B dhe C. Kjo përgjigje më pas rregullohet globalisht për të rregulluar sa më shumë ose më pak që duam që sistemi të përgjigjet.

Hapi 5: Testimi

Këtu testojmë shkallët e lirisë. Vini re tani se si tre bazat tona paguhen! Për shembull, për të marrë rrotullimin DOF, ne thjesht zbresim një njësi në të majtë, ndërsa ngjitemi një njësi në të djathtë dhe anasjelltas për drejtimin tjetër. Alsoshtë gjithashtu e rëndësishme që të keni bërë një punë mjaft të mirë duke filtruar zhurmën nga ekrani juaj me prekje. Kjo është jetike për të pasur të dhëna të mira për të futur në PID -in tuaj.

Hapi 6: Përshtateni mirë dhe kënaquni

Faza e testimit ishte me të vërtetë vetëm për të hequr defektet. Këtu, ne përqëndrohemi në rregullimin e mirë të sistemit të kontrolleve. kjo bëhet më së miri me një algoritëm të paracaktuar. E preferuara ime është t'i qasem asaj si një problem kritik i lagështirës, Ahem! Unë jam një fizikan! Kështu që ju fikni afatin e njomjes! Domethënë termi derivativ, i cili vepron si një term tërheqës. Tani topi do të lëkundet në mënyrë të egër! Sidoqoftë, qëllimi është që lëkundjet të jenë sa më afër harmonikëve, të mos rriten ose të kalbet, sa më mirë që mundeni. Pasi të bëhet kjo, ju ndizni termin derivativ dhe përshtateni derisa të kthehet në ekuilibër sa më shpejt të jetë e mundur. Kjo është kur arrihet njomje kritike. Sidoqoftë, nëse kjo nuk funksionon, ka shumë skema të tjera akordimi të provuara mirë për sistemet e kontrolluara nga PID. E gjeta këtë në wikipedia, nën kontrolluesin PID. Faleminderit shumë që hodhët një vështrim në projektin tim, dhe ju lutemi kontaktoni me ndonjë pyetje, do të jem i lumtur t'ju përgjigjem çdo pyetjeje që keni. Shënim special: Dua të theksoj se ky projekt nga fillimi në fund u bë nga Miracle Max Guerrro, dhe unë në pak më pak se katër javë, përfshirë pritjen për dy javë për një ekran të ri që kishte ngecur në dogana, pas atij të parë. u prish. Kështu që ju lutemi falni se është larg performancës perfekte. Gëzuar hakimin!