क्यू-बॉट - ओपन सोर्स रूबिक क्यूब सॉल्वर: 7 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

कल्पना कीजिए कि आपके पास एक तले हुए रूबिक क्यूब है, आप जानते हैं कि पहेली 80 के दशक की है जो हर किसी के पास है लेकिन वास्तव में कोई नहीं जानता कि कैसे हल करना है, और आप इसे अपने मूल पैटर्न में वापस लाना चाहते हैं। सौभाग्य से इन दिनों निर्देश को हल करना बहुत आसान है। तो, ऑनलाइन जाएं एक वीडियो देखें जो आपको आनंद दिलाने के लिए पक्षों को मोड़ना सीखें। हालाँकि, इसे दो बार करने के बाद, आप महसूस करेंगे कि कुछ कमी है। उसके अंदर एक गड्ढा भरा नहीं जा सकता। आपके भीतर के इंजीनियर/निर्माता/हैकर इतने सरल तरीके से इतनी अद्भुत चीज को हल करने से संतुष्ट नहीं हो सकते। क्या यह बहुत अधिक काव्यात्मक नहीं होता यदि आपके पास एक ऐसी मशीन होती जो आपके लिए सभी समाधान करती? यदि आपने कुछ ऐसा बनाया है जिससे आपके सभी मित्र चकित होंगे? मैं आपको गारंटी दे सकता हूं कि यह आपकी रचना को चमत्कार करते हुए देखने और रूबिक क्यूब को हल करने से बेहतर नहीं है। तो, आओ और मेरे साथ क्यू-बॉट, ओपन सोर्स रूबिक क्यूब सॉल्वर के निर्माण की अद्भुत यात्रा में शामिल हों, जो निश्चित रूप से किसी भी विश्व रिकॉर्ड को नहीं हराएगा, लेकिन आपको घंटों आनंद देगा (निश्चित रूप से सभी निराशाओं से गुजरने के बाद) निर्माण प्रक्रिया के दौरान)।

चरण 1: हार्डवेयर डिजाइन करना

पूरा सॉल्वर कैटिया में सीएडी के साथ डिजाइन किया गया था। इस तरह किसी भी भौतिक घटकों के निर्माण से पहले अधिकांश डिज़ाइन त्रुटियों को ढूंढा और ठीक किया जा सकता है। अधिकांश सॉल्वर PLA में प्रूसा MK3 प्रिंटर का उपयोग करके 3D प्रिंटेड थे। इसके अलावा, निम्नलिखित हार्डवेयर का उपयोग किया गया था:

• 8 मिमी एल्यूमीनियम रॉड के 8 टुकड़े (10 सेमी लंबाई)
• 8 रैखिक बॉल बेयरिंग (LM8UU)
• GT2 6mm टाइमिंग बेल्ट के 2 मीटर से थोड़ा नीचे + कुछ पुली
• 6 NEMA 17 बाइपोलर स्टेपर मोटर्स
• 6 पोलुलु 4988 स्टेपर ड्राइवर
• परियोजना के लिए नियंत्रक के रूप में एक अरुडिनो मेगा
• एक 12 वी 3 ए बिजली की आपूर्ति
• Arduino को सुरक्षित रूप से पावर देने के लिए एक स्टेप डाउन कन्वर्टर
• कुछ पेंच और कनेक्टर
• आधार के लिए कुछ प्लाईवुड

हार्डवेयर विवरण

इस खंड में संक्षेप में बताया गया है कि क्यू-बॉट कैसे कार्य करता है और जहां उपर्युक्त घटकों का उपयोग किया जाता है। नीचे आप पूरी तरह से इकट्ठे सीएडी मॉडल का प्रतिपादन देख सकते हैं।

क्यू-बॉट 3डी प्रिंटेड ग्रिपर्स के साथ रूबिक क्यूब से सीधे चार मोटर लगाकर काम करता है। इसका मतलब है कि बाएँ, दाएँ, आगे और पीछे सीधे घुमाया जा सकता है। यदि ऊपर या नीचे की तरफ मुड़ने की जरूरत है, तो पूरे घन को चालू करना होगा और इसलिए दो मोटरों को दूर करना होगा। यह प्रत्येक ग्रिपिंग मोटर्स को एक अन्य स्टेपर मोटर द्वारा संचालित स्लेज पर और एक लीनियर रेल सिस्टम के साथ एक टाइमिंग बेल्ट से जोड़कर किया जाता है। रेल प्रणाली में दो 8 बॉल बेयरिंग होते हैं जो स्लेज में गुहाओं में लगे होते हैं और पूरी स्लेज दो 8 मिमी एल्यूमीनियम शाफ्ट पर सवारी करती है। नीचे आप सॉल्वर की एक धुरी की सब असेंबली देख सकते हैं।

एक्स- और वाई-अक्ष मूल रूप से समान हैं, वे केवल बेल्ट के बढ़ते बिंदु की ऊंचाई में भिन्न होते हैं, ऐसा इसलिए है ताकि पूरी तरह से इकट्ठे होने पर दो बेल्ट के बीच कोई टकराव न हो।

चरण 2: सही मोटर्स चुनना

बेशक, यहां सही मोटरों का चयन बहुत महत्वपूर्ण है। मुख्य भाग यह है कि उन्हें रूबिक के घन को मोड़ने में सक्षम होने के लिए पर्याप्त मजबूत होने की आवश्यकता है। यहां एकमात्र समस्या यह है कि रूबिक के क्यूब्स का कोई भी निर्माता टॉर्क रेटिंग नहीं देता है। इसलिए, मुझे सुधार करना पड़ा और अपना माप स्वयं करना पड़ा।

आम तौर पर टोक़ को दूरी r पर घूर्णन बिंदु की स्थिति के लंबवत निर्देशित बल द्वारा परिभाषित किया जाता है:

इसलिए, अगर मैं किसी तरह क्यूब पर लगाए गए बल को माप सकता हूं तो मैं टोक़ की गणना कर सकता हूं। ठीक यही मैंने किया। मैंने अपने क्यूब को एक शेल्फ पर इस तरह से जकड़ दिया कि केवल एक ही पक्ष हिल सके। कि घन के चारों ओर एक धागा बंधा हुआ है और नीचे एक थैला जुड़ा हुआ है। अब बस इतना करना बाकी था कि बैग में वजन धीरे-धीरे तब तक बढ़ाएं जब तक कि क्यूब पलट न जाए। किसी भी सटीक वजन की कमी के लिए मैंने आलू का इस्तेमाल किया और बाद में उन्हें मापा। सबसे वैज्ञानिक तरीका नहीं है, लेकिन क्योंकि मैं न्यूनतम टोक़ खोजने की कोशिश नहीं कर रहा हूं, यह काफी पर्याप्त है।

मैंने तीन बार माप किए और सुरक्षित रहने के लिए उच्चतम मूल्य लिया। परिणामी वजन 0.52 किलोग्राम था। अब सर आइजैक न्यूटन के कारण हम जानते हैं कि बल द्रव्यमान त्वरण के बराबर होता है।

इस मामले में, त्वरण गुरुत्वाकर्षण त्वरण है। तो आवश्यक टोक़ द्वारा दिया जाता है

रूबिक के घन के आधे विकर्ण सहित सभी मानों को जोड़ने से अंतत: आवश्यक बलाघूर्ण का पता चलता है।

मैं स्टेपर मोटर्स के साथ गया जो 0.4Nm तक लागू करने में सक्षम हैं जो शायद एक ओवरकिल है, लेकिन मैं सुरक्षित रहना चाहता था।

चरण 3: आधार का निर्माण

आधार में एक बहुत ही साधारण लकड़ी का बक्सा होता है और इसमें सभी आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक्स होते हैं। इसमें मशीन को चालू और बंद करने के लिए एक प्लग, चालू होने पर इंगित करने के लिए एक एलईडी, एक यूएसबी बी पोर्ट और प्लग इन करने के लिए बिजली की आपूर्ति के लिए एक सॉकेट है। इसका निर्माण 15 मिमी प्लाईवुड, कुछ स्क्रू और थोड़े गोंद का उपयोग करके किया गया था।

चरण 4: हार्डवेयर को असेंबल करना

अब बेस सहित सभी आवश्यक भागों के साथ, क्यू-बॉट असेंबल करने के लिए तैयार था। कस्टम भागों को 3 डी प्रिंटेड और जहां आवश्यक हो समायोजित किया गया था। आप इस ible के अंत में सभी CAD फाइलें डाउनलोड कर सकते हैं। असेंबली में खरीदे गए पुर्जों के साथ सभी 3डी प्रिंटेड पुर्जों को फिट करना, मोटर केबलों को फैलाना और सभी पुर्जों को आधार पर पेंच करना शामिल था। इसके अलावा, मैंने मोटर केबल्स के चारों ओर आस्तीन लगाए, बस थोड़ा सा साफ दिखने के लिए, और जेएसटी कनेक्टर्स को उनके सिरों पर जोड़ा।

मेरे द्वारा बनाए गए आधार के महत्व को उजागर करने के लिए, असेंबली कैसी दिखती थी, उसके पहले और बाद के शॉट यहां दिए गए हैं। सब कुछ थोड़ा सा व्यवस्थित करने से बहुत फर्क पड़ सकता है।

चरण 5: इलेक्ट्रॉनिक्स

इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए के रूप में परियोजना बल्कि सरल है। एक मुख्य १२ वी बिजली की आपूर्ति है, जो ३ ए तक की धारा प्रदान कर सकती है, जो मोटरों को शक्ति प्रदान करती है। Arduino को सुरक्षित रूप से पावर देने के लिए एक स्टेप-डाउन मॉड्यूल का उपयोग किया जाता है और Arduino के लिए एक कस्टम शील्ड डिज़ाइन किया गया था जिसमें सभी स्टेपर मोटर ड्राइवर होते हैं। ड्राइवर मोटर्स को नियंत्रित करना बहुत आसान बनाते हैं। स्टेपर मोटर चलाने के लिए एक विशिष्ट नियंत्रण अनुक्रम की आवश्यकता होती है, लेकिन मोटर चालकों का उपयोग करके हमें केवल प्रत्येक चरण के लिए एक उच्च पल्स उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है जो मोटर को चालू करेगा। इसके अलावा, मोटर्स को जोड़ने को आसान बनाने के लिए शील्ड में कुछ जेएसटी कनेक्टर जोड़े गए थे। Arduino के लिए ढाल को पहले परफ़ॉर्म के एक टुकड़े पर बनाया गया था और यह सुनिश्चित करने के बाद कि सब कुछ काम करता है जैसा कि यह माना जाता था कि इसे jlc पीसीबी द्वारा निर्मित किया गया था।

यहाँ प्रोटोटाइप और निर्मित पीसीबी के पहले और बाद में है।

चरण 6: सॉफ्टवेयर और सीरियल इंटरफ़ेस

Q-Bot को दो भागों में बांटा गया है। एक ओर हार्डवेयर है जो Arduino द्वारा नियंत्रित हो जाता है, दूसरी ओर सॉफ्टवेयर का एक टुकड़ा है जो वर्तमान हाथापाई के आधार पर क्यूब के लिए समाधान पथ की गणना करता है। Arduino पर चलने वाला फर्मवेयर स्वयं द्वारा लिखा गया था, लेकिन इस गाइड को छोटा रखने के लिए मैं यहां इसके बारे में किसी भी विवरण में नहीं जाऊंगा। यदि आप इसे देखना चाहते हैं और इसके साथ खेलना चाहते हैं, तो इस दस्तावेज़ के अंत में मेरे गिट रिपोजिटरी का लिंक प्रदान किया जाएगा। सॉफ़्टवेयर जो समाधान की गणना करता है वह विंडोज़ मशीन पर चलता है और मेरे एक सहयोगी द्वारा लिखा गया था, फिर से उसके स्रोत कोड के लिंक इस ible के अंत में पाए जा सकते हैं। दो भाग एक साधारण सीरियल इंटरफ़ेस का उपयोग करके संवाद करते हैं। यह कोसीम्बा के दो चरण एल्गोरिथम के आधार पर समाधान की गणना करता है। सॉल्वर करने वाला सॉफ्टवेयर सॉल्वर को दो बाइट्स वाला एक कमांड भेजता है और इसके 'ACK' के वापस आने का इंतजार करता है। इस तरह सॉल्वर को एक साधारण सीरियल मॉनिटर का उपयोग करके परीक्षण और डिबग किया जा सकता है। पूरा निर्देश सेट नीचे पाया जा सकता है।

प्रत्येक मोटर को एक कदम के लिए चालू करने की आज्ञा एक समस्या के लिए एक समाधान है, जहां कुछ स्टेपर बिजली के ऊपर बेतरतीब ढंग से छोटी छलांग लगाते हैं। इसके लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए हल करने की प्रक्रिया से पहले मोटर्स को उनकी प्रारंभिक स्थिति में समायोजित किया जा सकता है।

चरण 7: निष्कर्ष

आठ महीने के विकास के बाद, शपथ ग्रहण, कीबोर्ड को मारना और क्यू-बॉट नृत्य करना आखिरकार उस बिंदु पर था जहां सफलतापूर्वक अपना पहला रूबिक क्यूब हल किया गया था। क्यूब के हाथापाई को नियंत्रण सॉफ्टवेयर में मैन्युअल रूप से डाला जाना था, लेकिन सब कुछ ठीक रहा।

मैंने कुछ हफ़्ते बाद एक वेबकैम के लिए एक माउंट जोड़ा और मेरे कॉलेज ने ली गई छवियों से क्यूब को स्वचालित रूप से पढ़ने के लिए सॉफ़्टवेयर को समायोजित किया। हालाँकि, यह अभी तक अच्छी तरह से परीक्षण नहीं किया गया है और अभी भी कुछ सुधारों की आवश्यकता है।

यदि यह निर्देश योग्य आपकी रुचि जगाता है तो संकोच न करें और क्यू-बॉट के अपने स्वयं के संस्करण का निर्माण शुरू करें। यह पहली बार में कठिन लग सकता है, लेकिन यह बहुत प्रयास के लायक है और अगर मैं ऐसा कर सकता हूं तो आप कर सकते हैं।

साधन:

फर्मवेयर का स्रोत कोड:

github.com/Axodarap/QBot_firmware

नियंत्रण सॉफ्टवेयर का स्रोत कोड

github.com/waldhube16/Qbot_SW