PID- ի կողմից վերահսկվող գնդակի հավասարակշռման Stewart հարթակ `6 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:49

Մոտիվացիա և ընդհանուր հասկացություն.

Որպես վերապատրաստման ֆիզիկոս, ես բնականաբար գրավված եմ և ձգտում եմ հասկանալ ֆիզիկական համակարգերը: Ես սովորել եմ լուծել բարդ խնդիրները ՝ դրանք բաժանելով իրենց ամենակարևոր և էական բաղադրիչների, այնուհետև խնդիրը նորից կառուցելով այնտեղից: Չնայած ես սովորում եմ մեխանիկա և էլեկտրամագնիսականություն առաջին սկզբունքներից, բայց դրանք դեռ պետք է օգտագործեմ ֆիզիկական կիրառման մեջ: Ես վերջապես կստանամ այս հնարավորությունը ՝ ստեղծելով ռոբոտ, որն օգտագործում է ավտոմատ կառավարման տեսությունը ՝ ինքնուրույն հավասարակշռելու գնդակը հարթ, լիովին վերահսկվող հարթակի վրա ՝ բոլորը ինքնուրույն:

Այս ինչպես-ի մեջ; որը նախատեսված է տեխնիկապես խելացի հաքերի, ծրագրավորողի կամ ինժեների համար, մենք կօգտագործենք Arduino Uno- ն որպես մեր միկրոկառավարիչների հարթակ: Փակ հետադարձ հանգույցն առաջին հերթին սկսվում է, երբ զգում է մետաղյա պինդ գնդակի դիրքը, որը ընկած է հարթ հպման դիմացկուն էկրանին, որը հետ է տալիս գնդակների անմիջական դիրքը: Այս դիրքն այնուհետև սնվում է համամասնական-ինտեգրալ-ածանցյալ (PID) վերահսկիչով, որը մենք ծրագրավորել ենք Arduino Uno- ում: Ես այս ծածկագիրը դարձրել եմ բաց կոդ և կապված եմ նախագծում: Հսկիչին հանձնարարված է գնդակը վերականգնել սեղանի վրա օգտագործողի ընտրած ցանկացած դիրքի, նույնիսկ այն դեպքում, երբ դա զգալիորեն անհանգստացնում է: Կառուցվածքային օժանդակ հարթակը, որը մենք կօգտագործենք, հայտնի է որպես «Ստյուարտի հարթակ» և աջակցվում է վեց անկախ միացնող ձողերով, որոնք շարժվում են սերվո շարժիչներով և կապահովեն մինչև վեց աստիճան ազատություն. X, Y և Z թարգմանություններ, գլորում, սկիպիդար և շեղում (համապատասխանաբար X, Y և Z առանցքների պտույտներ): Նման բարձր բջջային հարթակի կառուցումն ու ծրագրավորումը ներկայացնում է իր սեփական մարտահրավերները, ուստի այս նախագծի համար մենք միայն կանչենք ազատության աստիճաններ ՝ մյուսներին թողնելով որպես ֆունկցիոնալության լրացուցիչ բարելավում, եթե օգտագործողը ցանկանա: Հարթակը գնդակը տեղափոխելիս ՝ ստատիկ օգտագործողի կողմից սահմանված դիրքերից որևէ մեկի վրա, առաջադեմ ծրագրավորողները հեշտությամբ կբարելավեն ծրագիրը և կավելացնեն որոշ խուճապ ՝ փոխարինելով մեր ստատիկ, օգտագործողի կողմից սահմանված դիրքը ՝ օգտատիրոջ կիսամյակային հետքով: սահմանված ճանապարհ, ինչպես օրինակ ութերորդ նկարը, շրջանաձև հետագիծը, ձեր անունը ուղղանկյուն կամ իմ նախընտրածը ՝ ինչ -որ մեկի գրիչի կամ մատի ուղիղ հոսքը սեփական բջջային սարքի վրա: Շնորհավոր հաքերություն:

Քայլ 1: Ստացեք նյութեր

Անհրաժեշտ նյութեր.

1. 1/4 "և 1/8" ակրիլից մի քանի թերթ

2. 6 - Servo Motors (Մենք օգտագործել ենք HS5485HB Servo's)

3. 6 - թելերով (կարգավորելի) միացնող ձողեր

4. 6 - CNC Machined Servo Arm's ՝ բազմաթիվ անցքերով ՝ կարգավորելիության համար

5. 12 - Heim Joint Rod Ends

6. 6 - ձողեր (կարգավորելի)

7. 1- 17 Հինգ մետաղալարերի դիմացկուն դիպչող էկրանի վահանակ USB հավաքածու (գնդակի առանցքակալի զգայուն դիրք)

Քայլ 2: Պատրաստեք նյութեր

Ակրիլային կտրվածք ստանալու լավագույն միջոցը լազերային տեսախցիկ օգտագործելն է: Մեկին հասանելի լինելը կարող է դժվար լինել, այնպես որ ակրիլը կարող է նաև հեշտությամբ կտրվել `օգտագործելով ձեզ ծանոթ ցանկացած գործիք, որը համապատասխանաբար պատրաստված է և կարող է ապահով աշխատել: Եթե ես դա անեի, օրինակ, տանը, ես կօգտագործեի ձեռքի սղոց: Stewart պլատֆորմի ընդհանուր ձևը չպետք է ճշգրիտ համապատասխանի իմ կառուցած մոդելին: Այնուամենայնիվ, ես ուզում եմ նշել մի քանի պարզեցման հնարավորություններ: Նախ, շատ ավելի հեշտ է քարտեզագրել ազատության աստիճանը և գլորել ՝ օգտագործելով երեք հիմք ՝ ստանդարտ երկուսի փոխարեն: դա արվում է փաստացի հարթակին միացնող ձողերի ամրացումը դարձնելով հավասարակողմ եռանկյուն: Սա թույլ է տալիս անտեսել զրոյից ազատության աստիճանի (DOF) գտնելու բոլոր բարդությունները, փոխարենը մենք օգտագործում ենք 3 ոչ գծային անկախ «հիմք», որոնք ուղղակի եռանկյունու այդ անկյունի քարտեզն են: Այս կամ այն հիմքի վրա կոորդինատներ գրելը ձեզ համար դժվար կլինի, բայց այդ հիմքերի փոխկախվածությունը հեշտությամբ կարգավորվում է օրենսգրքով: Այս պարզեցնող ենթադրությունը առանցքային է երկրաչափության բոլոր նրբությունները անտեսելու համար: Մանրամասների համար տե՛ս նկարի MS Paint գրաֆիկական և գրատախտակի նկարը:

Երբ կտորները կտրված են, ձեզ հարկավոր է փորել բոլոր անցքերը, որտեղից միանում են ձեր միացնող ձողերը և գնդակի հոդերը: Carefulգույշ եղեք, որ անցքի չափը համապատասխանեցվի համապատասխան սարքավորման հետ, որն օգտագործում եք: Սա կենսական նշանակություն ունի, որպեսզի ձեր ընտրած ամրակները աշխատեն: Փոսի չափերը հիմնված են այն բանի վրա, թե ինչ չափի ծորակ է անհրաժեշտ ձեր ամրացման համար: Դա անելու համար գտեք առցանց տեղեկանք ծորակի հատուկ չափի, սկիպիդարի և թելի տեսակի համար (տուգանք ընդդեմ դասընթացի): Ես խորհուրդ եմ տալիս ակրիլային թելեր, բայց եթե պետք է օգտագործել բարակ թել, ապա այն պետք է ստացվի, քանի որ այն, ինչ մենք օգտագործում էինք, ամեն դեպքում: Հիմա ժամանակն է անցնել հավաքի:

Քայլ 3: Նյութերի հավաքում

Careգուշորեն հավաքեք նյութերը տեխնիկական պայմաններին: Հատկապես զգույշ եղեք, որպեսզի ոչ մի պտուտակ չպոկեք: Երբ դա արվի, դուք ստիպված կլինեք կամ փոխել ապարատը ՝ չափսերը մեծացնելով և ավելի մեծ անցքեր հորատելով և թակելով դրանք, կամ պետք է կտրեք մի ամբողջ նոր ակրիլային կտոր: Ուշադրություն դարձրեք նաև սենսորային դիմադրության էկրանին: Փխրուն է !!! Ի վերջո, դա ապակու բարակ շերտ է: Նշենք, որ մենք ինքներս վթարի ենք ենթարկվել:

Քայլ 4: Programրագրավորում

Րագրավորումը կարող է որոշ ժամանակ տևել: Սա այն է, որտեղ ծրագրավորման ձեր հմտությունները իսկապես կարող են հատուցվել: Անհրաժեշտ չէ, որ կարողանաք ծածկագիրը գրել զրոյից, բայց եթե կարողանաք գտնել լավ մեկնաբանված և կազմակերպված աղբյուր ՝ փոփոխելու համար, ապա դա կյանքը շատ ավելի հեշտ կդարձնի: Ահա մեր աղբյուրի կոդի հղումը ՝ https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, օգնիր ինքդ քեզ: Այն, իհարկե, օպտիմիզացված չէ, բայց աշխատանքն ավարտված է: Հիշեք, որ մենք վերահսկման քարտեզի համար օգտագործում ենք երեք առանձին ոչ ուղղափառ, ոչ գծային անկախ հիմքեր: Մենք պարզապես ամեն ինչ կարդում ենք x, y և քարտեզագրում ենք A, B և C.

Քայլ 5: Փորձարկում:

Այստեղ մենք ստուգում ենք ազատության աստիճանը: Ուշադրություն դարձրեք, թե ինչպես է մեր երեք հիմքերը մարվում: Օրինակ, գլանափաթեթը DOF ստանալու համար մենք պարզապես մեկ միավոր իջնում ենք ձախ կողմում, իսկ մեկ միավորով բարձրանում ենք աջ կողմում, և հակառակը ՝ մյուս ուղղությամբ: Կարևոր է նաև, որ բավականաչափ լավ աշխատանք կատարած լինեք ՝ սենսորային էկրանից աղմուկը զտելով: Սա կենսական նշանակություն ունի ձեր PID- ին մուտքագրելու լավ տվյալներ ունենալու համար:

Քայլ 6: Լավ կարգավորեք և վայելեք:

Փորձարկման փուլն իսկապես պարզապես սխալները հանելու համար էր: Այստեղ մենք կենտրոնանում ենք կառավարման համակարգի նուրբ կարգաբերման վրա: դա լավագույնս արվում է նախապես տեղադրված ալգորիթմի միջոցով: Իմ ամենասիրելին այն մոտենալն է, ինչպես թուլացման կարևոր խնդիրը, Ահեմ: Ես ֆիզիկոս եմ: Այսպիսով, դուք անջատում եք թուլացման ժամկետը: Այսինքն `ածանցյալ տերմինը, որը գործում է քաշման տերմինի պես: Հիմա գնդակը վայրենիորեն տատանվելու է: Այնուամենայնիվ, նպատակն այն է, որ տատանումները հնարավորինս մոտ լինեն ներդաշնակին, չաճեն կամ չփչանան, որքան հնարավոր է: Երբ դա արվի, դուք միացնում եք ածանցյալ տերմինը և հարմարվում մինչև այն հնարավորինս արագ վերադառնա հավասարակշռության: Սա այն դեպքում, երբ հասնում է կրիտիկական խոնավացման: Այնուամենայնիվ, եթե դա չի աշխատում, կան բազմաթիվ այլ լավ ապացուցված կարգավորումներ `PID համակարգերի համար: Սա գտա վիքիպեդիայում ՝ PID վերահսկիչի ներքո: Շատ շնորհակալ եմ իմ նախագիծը դիտելու համար, և խնդրում եմ դիմել ցանկացած հարցի, ես ուրախ կլինեմ պատասխանել ձեր բոլոր հարցերին: Հատուկ նշում. Ես ուզում եմ նշել, որ այս նախագիծը սկզբից մինչև վերջ կատարվել է Miracle Max Guerrro- ի և անձամբ ինձ մոտ չորս շաբաթվա ընթացքում, այդ թվում ՝ երկու շաբաթ սպասելով մաքսային խրված նոր էկրանին, մեր առաջինից հետո: կոտրվեց. Այսպիսով, խնդրում եմ ներողություն խնդրել, որ դա հեռու է կատարյալ կատարումից: Շնորհավոր հաքերություն: