PID valdoma rutulio balansavimo „Stewart“platforma: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Motyvacija ir bendra koncepcija:

Kaip fizikas mokydamasis mane natūraliai traukia ir siekiu suprasti fizines sistemas. Buvau išmokytas spręsti sudėtingas problemas, suskaidydamas jas į pagrindinius ir būtiniausius ingredientus, o tada kurdamas problemą. Nors aš iš pirmųjų principų mokiausi mechanikos ir elektromagnetizmo, dar neturiu jų panaudoti tam tikram fiziniam pritaikymui. Aš pagaliau pasinaudosiu šia galimybe sukurdamas robotą, kuris naudoja automatinio valdymo teoriją, kad savarankiškai subalansuotų kamuolį ant plokščios, visiškai valdomos platformos!

Šioje instrukcijoje; kuris yra skirtas techniškai išmanantiems įsilaužėliams, programuotojams ar inžinieriams, mes naudosime „Arduino Uno“kaip savo mikrovaldiklių platformą. Uždara grįžtamojo ryšio kilpa pirmiausia prasideda pajutus kieto metalinio rutulinio guolio, esančio ant plokščio lietimui jautraus ekrano, padėtį, kuri grįžta atgal į rutulius. Tada ši padėtis įvedama į proporcinio integralo išvestinės (PID) valdiklį, kurį mes užprogramavome „Arduino Uno“. Aš padariau šį kodą atviro kodo ir susietą projekte. Kontrolieriui pavesta atkurti kamuolį į bet kurią vartotojo pasirinktą vietą ant stalo, net jei jis labai sutrikęs. Struktūrinė atraminė platforma, kurią naudosime, yra žinoma kaip „Stewart platforma“, ją palaiko šeši nepriklausomi švaistikliai, varomi servo varikliais, kurie suteiks iki šešių laisvės laipsnių; X, Y ir Z vertimai, ritinys, žingsnis ir posūkis (sukimasis apie X, Y ir Z ašis). Tokios labai mobilios platformos sukūrimas ir programavimas kelia savo iššūkius, todėl šiame projekte mes pasinaudosime tik laisvės žingsnio ir ritinio laipsniais, o kitus paliksime kaip neprivalomus funkcionalumo atnaujinimus, jei vartotojas to nori. Kartu su platforma, kuri perkelia kamuolį į bet kurią statinių vartotojo nustatytų pozicijų rinkinį, pažengusiems programuotojams bus lengva patobulinti programą ir pridėti tam tikrą panašią priemonę, pakeičiant mūsų statišką, vartotojo apibrėžtą padėtį, pusiau ištisiniu vartotojo pėdsaku apibrėžtas kelias, pvz., aštuntas skaičius, apskritimo trajektorija, jūsų vardas kursyvu arba mano mėgstamiausias tiesioginis kieno nors plunksnos ar piršto srautas jo paties mobiliajame įrenginyje! Laimingas įsilaužimas!

1 žingsnis: Gaukite medžiagų

Reikalingos medžiagos:

1. Keli lakštai iš 1/4 "ir 1/8" akrilo

2. 6 - Servo varikliai (mes naudojome HS5485HB servo)

3. 6 - srieginiai (reguliuojami) jungiamieji strypai

4. 6 - CNC apdirbtos servo rankos su keliomis skylėmis, kurias galima reguliuoti

5. 12 - Heimo jungties strypo galai

6. 6 - Strypai (reguliuojami)

7. 1–17 colių penkių laidų atsparus jutiklinis ekranas USB rinkinys (jutimo rutulinio guolio padėtis)

2 žingsnis: Paruoškite medžiagas

Geriausias būdas iškirpti akrilą yra lazerinis kumštelis. Prieiga prie jos gali būti sudėtinga, todėl akrilą taip pat galima lengvai pjauti naudojant bet kokius jums žinomus pjovimo įrankius, tinkamai išmokyti ir saugiai dirbti. Pavyzdžiui, jei tai daryčiau namuose, naudoju rankinį pjūklą. Bendra „Stewart“platformos forma neturi tiksliai atitikti mano sukurto modelio. Tačiau noriu pabrėžti kelias supaprastinimo galimybes. Pirma, daug lengviau nustatyti laisvės žingsnio ir posūkio laipsnius, naudojant tris pagrindus, o ne standartinius du. tai daroma padarius jungiamųjų strypų tvirtinimą prie tikrosios platformos lygiakraščiu trikampiu. Tai leidžia neatsižvelgti į visas nuolydžio ir posūkio laisvės laipsnių (DOF) nustatymo komplikacijas, o mes naudojame 3 netiesiškai nepriklausomus „pagrindus“, kurie yra tiesiog to trikampio kampo, kylančio aukštyn, žemėlapis. Jums ar man būtų sudėtinga šiuo pagrindu užrašyti koordinates, tačiau šių pagrindų tarpusavio priklausomybė lengvai išsprendžiama naudojant kodą. Ši supaprastinta prielaida yra svarbiausia norint nepaisyti visų geometrijos subtilybių. Daugiau informacijos rasite „MS Paint“grafikos ir lentos paveikslėlyje.

Kai gabalai bus supjaustyti, turėsite išgręžti visas skyles, prie kurių jungiasi jūsų švaistikliai ir rutulinės jungtys. Būkite atsargūs, kad skylės dydis atitiktų tinkamą jūsų naudojamą aparatūrą. Tai labai svarbu, kad jūsų pasirinktos tvirtinimo detalės veiktų. Skylių dydžiai priklauso nuo to, kokio dydžio čiaupo jums reikės tvirtinimui. Norėdami tai padaryti, suraskite internetinę nuorodą apie konkretų čiaupo dydį, žingsnį ir sriegio tipą (gerai prieš kursą). Aš rekomenduoju kurso siūlus akrilui, bet jei turite naudoti ploną siūlą, jis turėtų pasiteisinti, nes tai mes vis tiek naudojome. Dabar atėjo laikas pereiti prie surinkimo.

3 žingsnis: Surinkite medžiagas

Atsargiai surinkite medžiagas pagal spec. Būkite ypač atsargūs, kad nenuimtų varžtų. Kai tai bus padaryta, turėsite arba pakeisti aparatūrą, išmatuodami ir gręždami didesnes skyles ir jas bakstelėdami, arba turėsite nupjauti visiškai naują akrilo gabalėlį. Taip pat būkite atsargūs su lietimui jautriu ekranu. Tai trapu !!! Galų gale tai yra plonas stiklo sluoksnis. Atkreipkite dėmesį, kad patys patyrėme avariją.

4 žingsnis: programavimas

Programavimas gali užtrukti. Čia jūsų programavimo įgūdžiai tikrai gali pasiteisinti. Jums nereikia mokėti rašyti kodo nuo nulio, bet jei galite rasti gerai pakomentuotą ir sutvarkytą šaltinio kodą, kurį norite pakeisti, tai labai palengvina gyvenimą. Čia yra nuoroda į mūsų šaltinio kodą: https://github.com/a6guerre/Ball-balanced-on-Stew…, padėkite sau! Tai tikrai nėra optimizuota, bet darbas atliktas! Atminkite, kad mes naudojame tris atskirus netohoganalinius, netiesiškai nepriklausomus kontrolės žemėlapio pagrindus. Mes tiesiog skaitome viską x, y ir priskiriame A, B ir C. Tada šis atsakas sureguliuojamas visame pasaulyje, kad sureguliuotume, kiek daugiau ar mažiau norime, kad sistema reaguotų.

5 žingsnis: bandymas

Čia mes išbandome laisvės laipsnius. Dabar atkreipkite dėmesį, kaip mūsų trys pagrindai atsiperka! Pavyzdžiui, norėdami gauti ritininį DOF, mes tiesiog nusileidžiame vienu vienetu kairėje, o vienu - dešinėje, o atvirkščiai - kita kryptimi. Taip pat svarbu gerai atlikti filtravimo triukšmą iš jutiklinio ekrano. Tai labai svarbu norint turėti gerus duomenis, kuriuos būtų galima įtraukti į PID.

6 žingsnis: sureguliuokite ir mėgaukitės

Bandymo etapas iš tikrųjų buvo skirtas tik klaidoms pašalinti. Čia mes sutelkiame dėmesį į valdymo sistemos tikslų derinimą. tai geriausia padaryti naudojant iš anksto nustatytą algoritmą. Mano mėgstamiausia yra tai spręsti kaip kritinė slopinimo problema, Ahem! Aš fizikas! Taigi jūs išjungiate slopinimo terminą! Ty išvestinis terminas, kuris veikia kaip vilkimo terminas. Dabar kamuolys beprotiškai svyruos! Tačiau tikslas yra pasiekti, kad svyravimai būtų kuo arčiau harmonikos, o ne augtų ar nesugriūtų. Kai tai bus padaryta, įjungsite išvestinį terminą ir koreguosite, kol jis kuo greičiau grįš į pusiausvyrą. Tai yra tada, kai pasiekiamas kritinis slopinimas. Tačiau, jei tai neveikia, yra daug kitų gerai patikrintų PID valdomų sistemų derinimo schemų. Radau tai wikipedijoje, PID valdiklyje. Labai ačiū, kad peržiūrėjote mano projektą, ir prašome susisiekti su visais klausimais, aš mielai atsakysiu į visus jūsų klausimus. Ypatinga pastaba: noriu atkreipti dėmesį, kad šį projektą nuo pradžios iki pabaigos atliko „Miracle Max Guerrro“ir aš per mažiau nei keturias savaites, įskaitant dviejų savaičių laukimą naujo ekrano, kuris buvo įstrigęs muitinėje, po mūsų pirmojo sulūžo. Taigi, atsiprašau, tai toli gražu nėra tobulas našumas. Laimingas įsilaužimas!