Ball & Beam (1)

Rafał Kozik

Kursy

Sterowanie

24 sierpnia 2023

1081

Teoria sterowania jest działem matematyki zajmującym się modelowaniem pracy obiektów oraz generowaniem dla nich sterowania. Jednak poza samą teorią ma ona także część praktyczną. Istnieje kilka prostych modeli często używanych do demonstracji różnych technik sterowania. Często spotykanymi są różne wariacje na temat odwróconego wahadła. Innym popularnym rozwiązaniem jest kulka na belce, częściej spotykana pod angielską nazwą Ball & Beam. Koncepcja jest bardzo prosta, mamy belkę, po której toczy się piłka. Mierzymy pozycję kulki i sterujemy kątem nachylenia belki. Najprostszym celem jest umieszczenie kulki w zadanej odległości.

Poprzednia część

Spis treści

Następna część

1. Ball & Beam (1) 2. Ball & Beam (2) 3. Ball & Beam (3)

Lista elementów zastosowanych do budowy modelu:

serwomechanizm SG90,
czujnik CJVL53L0XV2,
Arduino Uno,
nakrętka 4 mm × 2,
śruba o średnicy 4 mm i długości 25 mm,
nakrętka 2 mm × 4,
śruba o średnicy 2 mm i długości 10 mm × 4,
drut stalowy o średnicy 1 mm około 10 cm,
piłeczka do tenisa stołowego.

Przybliżę czytelnikom sposób, w jaki mogą sami zbudować własny egzemplarz. Składa się on z kilku łatwo dostępnych podzespołów. Dzięki zastosowaniu powszechnie dostępnego druku 3D sama budowa także nie jest trudna. Na końcu zaprezentuję eksperymenty, jakie wykonałem, a działanie samego modelu można obejrzeć na filmie [1].

Mechanika

Dla sprawdzenia koncepcji, najpierw wykonałem prosty model z kartonu. Gdy przeszedł on pozytywnie wstępne testy, zaprojektowałem docelowy model. Część mechaniczna składa się z dwóch elementów. Zostały one zaprojektowane w programie Oneshape [2]. Obydwa z nich zostały wydrukowane na drukarce Prusa Mini. Pliki STL znajdują się w repozytorium [3] w folderze model.

Pierwszym elementem mechanicznym jest belka, po której toczy się kulka. W początkowej części widzimy otwory montażowe dla czujnika odległości. Pod nimi znajduje się miejsce do zamocowania nakrętki, która będzie osią obrotu belki. W drugiej części widoczny jest otwór o średnicy 1 mm na ramię połączone z serwomechanizmem. Została ona wydrukowana z grubością warstwy 0,15 mm.

Drugi element to podstawa. Mieszczą się na niej podpora dla belki oraz mocowania dla serwomechanizmu i płytki Arduino Uno. Początkowo sama podpora była cieńsza, jednak powodowało to jej wygięcie w czasie druku. Ponieważ nie zawiera ona drobnych detali, została wydrukowana z grubością warstwy 0,25 mm.