Q-Bot - Chanzo cha wazi cha Mchemraba wa Rubik: Hatua 7 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:49

Fikiria una mchemraba wa Rubik ulioganda, unajua fumbo hilo linaunda miaka ya 80 ambayo kila mtu anayo lakini hakuna mtu anayejua jinsi ya kutatua, na unataka kuirudisha katika muundo wake wa asili. Kwa bahati nzuri siku hizi ni rahisi sana kupata maagizo ya utatuzi. Kwa hivyo, nenda mkondoni angalia video jifunze jinsi ya kugeuza pande kukuletea furaha. Baada ya kuifanya mara kadhaa, hata hivyo, utagundua kuwa kuna kitu kinakosekana. Shimo ndani ambalo haliwezi kujazwa. Wahandisi / mtengenezaji / hacker ndani yako hawawezi kuridhika na kutatua kitu cha kushangaza kwa njia rahisi. Je! Haingekuwa shairi zaidi ikiwa ungekuwa na mashine ambayo ilikutatua? Ikiwa ungejenga kitu marafiki wako wote wangeshangazwa na? Ninaweza kukuhakikishia kuwa haipati bora zaidi kuliko kutazama uumbaji wako ukifanya maajabu na kutatua Mchemraba wa Rubik. Kwa hivyo, njoo ujiunge nami kwenye safari nzuri ya kujenga Q-Bot, chanzo cha wazi cha Cube Solver ambacho hakika hakitapiga rekodi zozote za ulimwengu, lakini kitakupa masaa ya furaha (baada ya shaka kupitia shida zote wakati wa mchakato wa ujenzi).

Hatua ya 1: Kubuni vifaa

Solver kamili iliundwa na CAD huko Catia. Kwa njia hii makosa mengi ya muundo yanaweza kupatikana na kusahihishwa kabla ya kutengeneza vifaa vyovyote vya mwili. Solver nyingi zilichapishwa 3D katika PLA kwa kutumia prusa MK3 printa. Kwa kuongezea, vifaa vifuatavyo vilitumika:

• Vipande 8 vya fimbo ya aluminium 8 mm (urefu wa 10cm)
• Fani 8 zenye mstari (LM8UU)
• chini kidogo ya m 2 ya ukanda wa majira ya GT2 6mm + mapigo
• 6 NEMA 17 bipolar stepper motors
• 6 Polulu 4988 stepper madereva
• Arudino Mega kama mtawala wa mradi huo
• usambazaji wa umeme wa 12 V 3A
• kigeuzi cha kushuka chini ili kuwezesha arduino salama
• screws na viunganisho vingine
• plywood fulani kwa msingi

Maelezo ya vifaa

Sehemu hii inashughulikia kwa ufupi jinsi Q-Bot inavyofanya kazi na ambapo vifaa vilivyotajwa hapo juu vinatumika. Chini unaweza kuona utoaji wa modeli ya CAD iliyokusanyika kikamilifu.

Q-bot inafanya kazi kwa kuwa na gari nne zilizounganishwa moja kwa moja kwenye Mchemraba wa Rubik na grippers zilizochapishwa za 3D. Hii inamaanisha kuwa kushoto, kulia, mbele na nyuma inaweza kugeuzwa moja kwa moja. Ikiwa sehemu ya juu au ya chini inahitaji kugeuzwa, mchemraba wote lazima ugeuzwe na kwa hivyo gari mbili lazima ziondoke. Hii inafanywa kwa kuambatisha kila moja ya motors zinazoshika kwenye sleds zinazoendeshwa na motor nyingine ya stepper na ukanda wa muda kwenye mfumo wa reli ya laini. Mfumo wa reli una fani mbili za mpira 8 ambazo zimewekwa ndani ya vifungo kwenye sled na upandaji wote wa sled kwenye shafts mbili za 8mm za alumini. Chini unaweza kuona mkusanyiko mdogo wa mhimili mmoja wa suluhisho.

X- na mhimili wa y kimsingi ni sawa, hutofautiana tu kwa urefu wa eneo linalopanda la ukanda, hii ni kwa sababu hakuna migongano kati ya mikanda miwili wakati imekusanyika kikamilifu.

Hatua ya 2: Kuchukua Motors Sawa

Kwa kweli, kuchagua motors sahihi ni muhimu sana hapa. Sehemu kuu ni kwamba wanahitaji kuwa na nguvu ya kutosha kuweza kugeuza mchemraba wa Rubik. Shida pekee hapa ni kwamba hakuna mtengenezaji wa cubes za Rubik anayetoa kiwango cha torque. Kwa hivyo, ilibidi niboresha na kufanya vipimo vyangu mwenyewe.

Kwa ujumla torque inaelezewa na nguvu iliyoelekezwa sawasawa kwa nafasi ya hatua ya kuzunguka kwa umbali r:

Kwa hivyo, ikiwa kwa namna fulani ningeweza kupima nguvu iliyotumiwa kwenye mchemraba ningeweza kuhesabu wakati huo. Ambayo ndio hasa nilifanya. Nilibana mchemraba wangu kwenye rafu kwa njia ambayo upande mmoja tu unaweza kusonga. Kwamba kamba ilifungwa karibu na mchemraba na begi iliyoambatanishwa chini. Sasa kilichobaki kufanya ni kuongeza polepole uzito kwenye begi hadi mchemraba ugeuke. Kwa ukosefu wa uzito wowote sahihi nilitumia viazi na kuzipima baadaye. Sio njia ya kisayansi zaidi lakini kwa sababu sijaribu kupata kiwango cha chini kabisa inatosha.

Nilifanya vipimo mara tatu na nikachukua dhamana kubwa zaidi ili kuwa salama. Uzito uliosababishwa ulikuwa kilo 0.52. Sasa kwa sababu ya Sir Isaac Newton tunajua kuwa Kikosi ni sawa na kuongeza kasi kwa nyakati za misa.

Kuongeza kasi, katika kesi hii, ni kuongeza kasi ya mvuto. Kwa hivyo torque inayohitajika inapewa na

Kuingiza maadili yote, pamoja na nusu ya ulalo wa mchemraba wa Rubik, mwishowe inafunua torque inayohitajika.

Nilikwenda na motors za stepper ambazo zinauwezo wa kutumia hadi 0.4Nm ambayo labda ni overkill, lakini nilitaka kuwa salama.

Hatua ya 3: Kuunda Msingi

Msingi huo una sanduku rahisi sana la mbao na lina vifaa vyote vya elektroniki vinavyohitajika. Inayo kuziba kuzima na kuzima mashine, LED kuonyesha ikiwa imewashwa, bandari ya USB B na tundu la usambazaji wa umeme kuziba. Ilijengwa kwa kutumia plywood ya 15mm, screws zingine na gundi kidogo.

Hatua ya 4: Kukusanya vifaa

Sasa na sehemu zote zinazohitajika, pamoja na msingi, Q-bot ilikuwa tayari kukusanyika. Sehemu za kawaida zilichapishwa 3D na kurekebishwa pale inapohitajika. Unaweza kupakua faili zote za CAD mwishoni mwa ible hii. Mkutano huo ulijumuisha kufunga sehemu zote za 3D zilizochapishwa na sehemu zilizonunuliwa, kupanua nyaya za magari na kusokota sehemu zote kwa msingi. Kwa kuongezea, niliweka mikono karibu na nyaya za magari, ili tu nionekane nadhifu kidogo, na nikaongeza viunganishi vya JST hadi mwisho wao.

Ili kuonyesha umuhimu wa msingi nilioujenga, hapa kuna picha ya kabla na baada ya jinsi mkutano ulionekana. Kuweka kila kitu juu kidogo kunaweza kuleta mabadiliko makubwa.

Hatua ya 5: Elektroniki

Kama kwa umeme mradi huo ni rahisi. Kuna umeme kuu wa 12V, ambao unaweza kutoa hadi 3A ya sasa, ambayo inapeana nguvu motors. Moduli ya kushuka chini hutumiwa kuiweka salama Arduino kwa usalama na ngao maalum kwa Arduino ilitengenezwa ambayo inaweka madereva wote wa stepper. Madereva hufanya kudhibiti motors iwe rahisi zaidi. Kuendesha gari ya stepper inahitaji mlolongo maalum wa kudhibiti lakini kwa kutumia madereva ya gari tunahitaji tu kutoa mapigo ya juu kwa kila hatua ambayo motor itageuka. Kwa kuongezea, viunganisho vingine vya jst viliongezwa kwenye ngao ili kufanya rahisi kuunganisha motors. Ngao ya Arduino ilijengwa vizuri kwenye kipande cha ubao wa bafu na baada ya kuhakikisha kuwa kila kitu kinafanya kazi kama inavyotakiwa ilitengenezwa na jlc pcb.

Hapa kuna kabla na baada ya mfano na pcb iliyotengenezwa.

Hatua ya 6: Software & Interface Serial

Q-Bot imegawanywa katika sehemu mbili. Kwa upande mmoja kuna vifaa ambavyo vinadhibitiwa na Arduino, kwa upande mwingine kuna kipande cha programu ambayo huhesabu njia ya utatuzi wa mchemraba kulingana na machafuko ya sasa. Firmware inayoendesha Arduino iliandikwa na mimi lakini ili kuweka mwongozo huu kifupi sitaenda kwa maelezo yoyote juu yake hapa. Ikiwa unataka kuiangalia na kucheza nayo, kiunga cha hazina yangu ya git kitatolewa mwishoni mwa hati hii. Programu inayohesabu suluhisho inaendesha kwenye mashine ya windows na iliandikwa na mwenzangu, tena viungo kwenye nambari yake ya chanzo vinaweza kupatikana mwishoni mwa ible hii. Sehemu hizo mbili zinawasiliana kwa kutumia kielelezo rahisi cha serial. Inakokotoa suluhisho kulingana na algorithm ya Kociemba ya awamu mbili. Programu ya kutatua hutuma amri iliyo na kaiti mbili kwa suluhisho na inasubiri iirudishe 'ACK'. Njia hii suluhisho inaweza kujaribiwa na kusuluhishwa kwa kutumia mfuatiliaji rahisi wa serial. Seti kamili ya maagizo inaweza kupatikana hapa chini.

Amri za kugeuza kila motor kwa hatua moja ni suluhisho la shida ambapo baadhi ya watembezi wangefanya nasibu kuruka ndogo juu ya nguvu juu. Kulipa hii motors inaweza kubadilishwa kwa nafasi yao ya awali kabla ya mchakato wa utatuzi.

Hatua ya 7: Hitimisho

Baada ya miezi nane ya kukuza, kuapa, kupiga kibodi na kucheza Q-bot mwishowe ilikuwa mahali ambapo kutatuliwa kwa mafanikio Mchemraba wake wa kwanza wa Rubik. Ugomvi wa mchemraba ulilazimika kuingizwa mwenyewe kwenye programu ya kudhibiti, lakini kila kitu kilifanya kazi vizuri.

Niliongeza mlima kwa webcam wiki kadhaa baadaye na chuo changu kilibadilisha programu kusoma mchemraba moja kwa moja kutoka kwa picha zilizochukuliwa. Walakini, hii haijajaribiwa vizuri bado na bado inahitaji maboresho.

Ikiwa hii ya kufundisha ilisababisha masilahi yako usisite na anza kujenga toleo lako la Q-bot. Inaweza kuonekana kuwa ya kutisha mwanzoni, lakini inastahili sana juhudi na ikiwa ningeweza kufanya hivyo na wewe unaweza.

Rasilimali:

Nambari ya Chanzo ya Firmware:

github.com/Axodarap/QBot_firmware

Nambari ya Chanzo ya programu ya kudhibiti

github.com/waldhube16/Qbot_SW