Q -Bot - Zgjidhësi i Kubit të Rubikut me Burim të Hapur: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:11

Imagjinoni që keni një Kub të Rubikut të përzier, ju e dini atë enigmë nga vitet '80 që të gjithë e kanë, por askush nuk di të zgjidhë, dhe ju doni ta ktheni atë në modelin e tij origjinal. Për fat këto ditë është shumë e lehtë të gjesh udhëzime zgjidhëse. Pra, shkoni në internet shikoni një video mësoni se si të ktheni anët për t'ju sjellë gëzim. Pasi ta keni bërë atë disa herë, megjithatë, do të kuptoni se diçka mungon. Një vrimë brenda që nuk mund të mbushet. Inxhinierët/krijuesi/hakeri brenda jush thjesht nuk mund të jenë të kënaqur me zgjidhjen e diçkaje kaq të mahnitshme në një mënyrë kaq të thjeshtë. A nuk do të ishte shumë më poetike nëse do të kishit një makinë që do të bënte gjithçka për ju? Nëse do të kishit ndërtuar diçka të gjithë miqtë tuaj do të mahniteshin me të? Unë mund t'ju garantoj se nuk bëhet më mirë sesa të shikosh krijimin tënd të bëjë mrekullira dhe të zgjidhë një Kub Rubik. Pra, ejani dhe bashkohuni me mua në udhëtimin e mrekullueshëm të ndërtimit të Q-Bot, zgjidhësit të kubit të Rubikut me burim të hapur që me siguri nuk do të mposhtë asnjë rekord botëror, por do t'ju japë orë gëzimi (pasi sigurisht të kaloni të gjitha frustrimet gjatë procesit të ndërtimit).

Hapi 1: Dizajnimi i pajisjeve

Zgjidhësi i plotë u krijua me CAD në Catia. Në këtë mënyrë shumica e gabimeve të projektimit mund të gjenden dhe korrigjohen para se të prodhojnë ndonjë përbërës fizik. Shumica e zgjidhësit u printuan 3D në PLA duke përdorur një printer prusa MK3. Për më tepër, pajisjet e mëposhtme u përdorën:

• 8 copë shufër alumini 8 mm (gjatësi 10 cm)
• 8 kushineta lineare me top (LM8UU)
• pak më pak se 2 m rrip kohor GT2 6mm + disa rrotulla
• 6 motorë stepper bipolarë NEMA 17
• 6 drejtues stepper Polulu 4988
• një Arudino Mega si kontrollues për projektin
• një furnizim me energji 12 V 3A
• një konvertues hap poshtë për të fuqizuar në mënyrë të sigurt arduino
• disa vida dhe lidhës
• disa kompensatë për bazën

Përshkrimi i harduerit

Ky seksion mbulon shkurtimisht se si funksionon Q-Bot dhe ku përdoren përbërësit e sipërpërmendur. Më poshtë mund të shihni një paraqitje të modelit CAD të montuar plotësisht.

Q-bot punon duke pasur katër motorë të lidhur direkt në Kubin e Rubikut me kapëse të printuara 3D. Kjo do të thotë që e majta, e djathta, para dhe mbrapa mund të kthehen drejtpërdrejt. Nëse pjesa e sipërme ose e poshtme duhet të kthehet, i gjithë kubi duhet të kthehet dhe kështu dy nga motorët duhet të largohen. Kjo bëhet duke bashkangjitur secilin nga motorët kapës në sajë të drejtuar nga një motor stepper tjetër dhe një rrip kohor përgjatë një sistemi hekurudhor linear. Sistemi hekurudhor përbëhet nga dy kushineta me 8 topa që janë montuar në zgavra në sajë dhe e gjithë sajë hipur në dy boshte alumini 8 mm. Më poshtë mund të shihni nën -kuvendin e një boshti të zgjidhësit.

Boshti x dhe y janë në thelb identikë, ato ndryshojnë vetëm në lartësinë e pikës së montimit të rripit, kjo ndodh në mënyrë që të mos ketë përplasje midis dy rripave kur të montohen plotësisht.

Hapi 2: Zgjedhja e motorëve të duhur

Sigurisht, zgjedhja e motorëve të duhur është shumë e rëndësishme këtu. Pjesa kryesore është se ata duhet të jenë mjaft të fortë për të qenë në gjendje të kthejnë kubin e Rubikut. Problemi i vetëm këtu është se asnjë prodhues i kubeve të Rubik nuk jep një vlerësim çift rrotullues. Pra, më duhej të improvizoja dhe të bëja matjet e mia.

Në përgjithësi çift rrotullues përcaktohet nga forca e drejtuar pingul në pozicionin e pikës rrotulluese në distancën r:

Pra, nëse do të mund të matja disi forcën e aplikuar në kub, mund të llogarisja çift rrotullues. Kjo është pikërisht ajo që bëra. E mbërtheva kubin tim në një raft në një mënyrë që vetëm njëra anë të mund të lëvizte. Se një varg u lidh rreth kubit dhe një qese e ngjitur në pjesën e poshtme. Tani gjithçka që kishte mbetur për të bërë ishte ngadalë rritja e peshës në qese derisa kubi të kthehej. Për mungesën e ndonjë peshe të saktë kam përdorur patate dhe i kam matur më pas. Jo metoda më shkencore, por sepse nuk po përpiqem të gjej çift rrotullues minimal është mjaft e mjaftueshme.

I bëra matjet tri herë dhe mora vlerën më të lartë vetëm për të qenë i sigurt. Pesha që rezultoi ishte 0.52 kg. Tani për shkak të Sir Isaac Newton ne e dimë se Forca është e barabartë me shpejtësinë e masës.

Nxitimi, në këtë rast, është nxitimi gravitacional. Pra, çift rrotullimi i kërkuar jepet nga

Futja në të gjitha vlerat, përfshirë gjysmën e diagonës së kubit të Rubikut, më në fund zbulon çift rrotullues të kërkuar.

Unë shkova me motorë stepper që janë në gjendje të aplikojnë deri në 0.4 Nm që ndoshta është një mbipeshë, por doja të isha i sigurt.

Hapi 3: Ndërtimi i Bazës

Baza përbëhet nga një kuti druri shumë e thjeshtë dhe përmban të gjitha pajisjet elektronike të kërkuara. Ajo përmban një prizë për të ndezur dhe fikur makinën, një LED për të treguar nëse është ndezur, një port USB B dhe një prizë për t'u lidhur me furnizimin me energji elektrike. Shtë ndërtuar duke përdorur kompensatë 15 mm, disa vida dhe pak zam.

Hapi 4: Montimi i harduerit

Tani me të gjitha pjesët e kërkuara, përfshirë bazën, Q-bot ishte gati të mblidhej. Pjesët e personalizuara u printuan 3D dhe u rregulluan aty ku ishte e nevojshme. Ju mund të shkarkoni të gjithë skedarët CAD në fund të këtij imazhi. Asambleja përfshinte përshtatjen e të gjitha pjesëve të printuara 3D me pjesët e blera, shtrirjen e kabllove të motorit dhe vidhosjen e të gjitha pjesëve në bazë. Për më tepër, vura mëngë rreth kabllove të motorit, vetëm për t'u dukur pak më të pastra, dhe shtova lidhëset JST në skajet e tyre.

Për të nxjerrë në pah rëndësinë e bazës që kam ndërtuar, këtu është një pamje para dhe pas asaj se si dukej asambleja. Rregullimi i gjithçkaje pak mund të bëjë një ndryshim të madh.

Hapi 5: Elektronikë

Sa i përket elektronikës, projekti është mjaft i thjeshtë. Ekziston një furnizim kryesor me energji 12V, që mund të japë deri në 3A rrymë, e cila fuqizon motorët. Një modul hap pas hapi përdoret për të fuqizuar në mënyrë të sigurt Arduino dhe një mburojë me porosi për Arduino u krijua që strehon të gjithë drejtuesit e motorëve stepper. Drejtuesit e bëjnë kontrollin e motorëve shumë më të lehtë. Drejtimi i një motori stepper kërkon një sekuencë të veçantë kontrolli, por duke përdorur drejtuesit e motorit ne vetëm duhet të krijojmë një impuls të lartë për çdo hap që motori do të kthehet. Përveç kësaj, disa lidhës jst u shtuan në mburojë për të bërë më të lehtë lidhjen e motorëve. Mburoja për Arduino u ndërtua fillimisht në një copë dërrasë dhe pasi u sigurua që gjithçka funksionon ashtu siç ishte menduar, u prodhua nga jlc pcb.

Këtu është para dhe pas prototipit dhe PCB -së së prodhuar.

Hapi 6: Softueri & Ndërfaqja Seriale

Q-Bot është i ndarë në dy pjesë. Nga njëra anë ka harduerin që kontrollohet nga Arduino, nga ana tjetër ka një pjesë të softuerit që llogarit rrugën e zgjidhjes për kubin bazuar në përleshjen aktuale. Firmware që funksionon në Arduino është shkruar nga unë, por për ta mbajtur këtë udhëzues të shkurtër nuk do të hyj në ndonjë hollësi rreth tij këtu. Nëse dëshironi ta shikoni dhe të luani me të, lidhja me depon time të git do të sigurohet në fund të këtij dokumenti. Softueri që llogarit zgjidhjen funksionon në një makinë Windows dhe është shkruar nga një koleg i imi, përsëri lidhjet me kodin e tij burimor mund të gjenden në fund të kësaj figurë. Të dy pjesët komunikojnë duke përdorur një ndërfaqe të thjeshtë serike. Ajo llogarit zgjidhjen bazuar në algoritmin dyfazor të Kociemba -s. Softueri i zgjidhjes dërgon një komandë të përbërë nga dy bajtë tek zgjidhësi dhe pret që ai të kthejë një 'ACK'. Në këtë mënyrë zgjidhësi mund të testohet dhe korrigjohet duke përdorur një monitor të thjeshtë serik. Kompleti i plotë i udhëzimeve mund të gjendet më poshtë.

Komandat për të kthyer secilin motor për një hap janë një zgjidhje për një problem ku disa nga stepat do të kryenin rastësisht kërcime të vogla pas ndezjes. Për të kompensuar këtë, motorët mund të rregullohen në pozicionin e tyre fillestar para procesit të zgjidhjes.

Hapi 7: Përfundimi

Pas tetë muajsh zhvillimi, sharjet, goditja e tastierës dhe vallëzimi i Q-bot ishte më në fund në një pikë ku është zgjidhur me sukses Kubi i tij i parë Rubik. Përleshja e kubit duhej të futet manualisht në programin e kontrollit, por gjithçka funksionoi mirë.

Shtova një montues për një kamer në internet disa javë më vonë dhe kolegji im rregulloi programin për të lexuar kubin automatikisht nga imazhet e marra. Sidoqoftë, kjo nuk është testuar ende mirë dhe ende ka nevojë për disa përmirësime.

Nëse kjo udhëzues ngjalli interesin tuaj, mos hezitoni dhe filloni të ndërtoni versionin tuaj personal të Q-bot. Mund të duket e frikshme në fillim, por ia vlen shumë përpjekja dhe nëse mund ta bëj këtë, mundeni edhe ju.

Burimet:

Kodi burim i firmuerit:

github.com/Axodarap/QBot_firmware

Kodi burim i softuerit të kontrollit

github.com/waldhube16/Qbot_SW