تُعد محاكيات الحركة أصولًا بالغة الأهمية للتحليل الهندسي والتدريب والتعليم والترفيه، لأنها تُعيد إنشاء إحساس واقعي بوجود الأشياء في حالة حركة. تُعد المشغلات الخطية حلًا شائعًا لقيادة العمليات الميكانيكية لما يمكن أن تقدمه من فوائد كبيرة؛ ومع ذلك، يمكن لمحاكيات الحركة دمجها بوسائل عديدة لمجموعة متنوعة من الاستخدامات. في هذه المقالة، سنستعرض بعض أمثلة محاكيات الحركة لفهمٍ أفضل لكيفية عمل محاكيات الحركة والمشغلات الخطية معًا.
حالات الاستخدام
هناك العديد من الطرق لدمج المشغلات الخطية الكهربائية في محاكيات الحركة. وعلى سبيل المثال لا الحصر، استُخدمت المشغلات لقيادة الحركة الخطية الموجودة في:
- محاكيات الطيران
- محاكيات المركبات العسكرية
- ألعاب مدن الملاهي
- محاكيات القيادة/السباقات
- محاكيات المركبات الفضائية
- منصات ستيوارت
- مختلف ألعاب الفيديو في الأركيد
منصة بست درجات حرية باستخدام مشغلات خطية (منصة ستيوارت)
برعاية Progressive Automations بكل فخر، تتيح منصة ستيوارت التابعة لقسم فيزياء الهندسة في UBC تجربة شيّقة وتفاعلية للتعلّم حول التحكم في الحركة الخطية وكذلك الفيزياء المتضمنة في الروبوتات.
من خلال دمج المشغلات الخطية PA-14P المزودة بتغذية راجعة الخاصة بنا، يمكن قراءة معلومات الموضع عبر إشارات التغذية الراجعة من مقاييس الجهد المدمجة في المشغل. يتيح توافر معلومات الموضع للنظام تحديد ما إذا كانت المشغلات قد وصلت بدقة إلى المواضع المطلوبة لتقليل الأخطاء وتحقيق قابلية تكرار أعلى. على الرغم من أن الأجهزة مثل مستشعرات تأثير هول ومقاييس التسارع قد تحقق دقة أعلى، فإن عملية دمجها أكثر تعقيدًا، بينما توفر خيارات تغذية راجعة من مقياس الجهد دقة كافية مع سهولة في التكامل. وبالإضافة إلى ذلك، قدّمت نماذج PA-14P-6-35 سرعة (2.00"/sec بدون حمولة) وحجمًا مدمجًا مناسبين لهذا التطبيق الذي يحتاج إلى طول شوط 6”.
LC-062 هو متـحكم دقيق Arduino Due يتواصل مع المشغلات الستة إلى جانب درعين من MultiMoto Arduino، وكذلك مع الحاسوب المضيف عبر اتصال USB تسلسلي. وبما أن لوحات Multimoto لدينا يمكنها معالجة أربعة قنوات مُتحكَّم بها بشكل مستقل كحد أقصى في الوقت نفسه، فقد جرى تقسيم المشغلات الخطية الستة المطلوبة للمشروع إلى ثلاثة مشغلات لكل لوحة. ثم تم التحكم في حركة المشغلات عبر نظام تغذية راجعة PID باستخدام قراءات مقاييس الجهد في PA-14P كمدخلات.
إلى جانب واجهة المستخدم الرسومية المخصصة (GUI)، يتيح متحكم Leap Motion الذي يستخدم ثلاثة باعثات تحت الحمراء وكاميرتين تحكمًا كاملًا بحركة المنصة للمستخدمين بمجرد التلويح باليد. للحصول على نظرة متعمقة حول منصة ستيوارت، أدرجنا تقرير المشروع وروابط GitHub.
https://content.instructables.com/ORIG/FQC/KXUA/JIYU1JDE/FQCKXUAJIYU1JDE.pdf
https://github.com/progressiveautomations/Stewart-Platform
تُستخدم التكنولوجيا وراء منصات ستيوارت في العديد من محاكيات الحركة الحديثة الأخرى بفضل امتلاكها 6 درجات حرية (ثلاث للموضع، وثلاث للاتجاه)، وهو أكبر عدد من درجات الحرية يمكن أن يمتلكه جسم صلب واحد. ويمكن رؤية مثال أكبر على ذلك في محاكي الحركة Cruden HexaPod الذي يستفيد من درجات الحرية الست لتحقيق أكثر عمليات المحاكاة دقة وقابلية للتكرار الممكنة.
محاكي طيران باستخدام مشغلات خطية
مع استمرار تقدم التكنولوجيا، تُصبح محاكيات الحركة أكثر إتاحة وتكلفة معقولة لهواة التصنيع حول العالم. ويمكن ملاحظة مثال بارز على ذلك في مشروع محاكي الطيران لعميلنا أنطوني إسكالانتي. بفضل تصميمه المعياري باستخدام مكونات مُصنّعة مخصّصًا، ومعدات إلكترونية، وبرمجة، صنع أنطوني محاكي حركة طيران متكامل الأداء لمنزله.
تم التصميم باستخدام عدة مشغلات خطية قياسية PA-03 وPA-04، ويفتخر تصميم أنطوني بامتلاكه 6 درجات حرية، على غرار منصة ستيوارت المذكورة سابقًا. كان لكل واحد من مشغلاتنا الخطية القياسية تقييمات سرعة وقوة كافية للتعامل بسلاسة مع الميلان والدوران والانعطافات لمحاكاة الطيران الحقيقي عبر منصة حركة أنطوني.
يرافق النظام أربع مزودات طاقة، ما يوفّر سحب تيار كافيًا لدمج مُشغّلات المحركات والمتحكمات الدقيقة، والتي تم ترتيبها بشكل أنيق داخل محور التحكم الخاص بالمحاكي.
“يعمل بسلاسة فعلًا وسهل الصيانة،” يقول أنطوني. “حرصتُ على أن يكون مُعياريًا من أجل الصيانة. كانت القطع متاحة بسهولة من متاجر العدد، وتم شراء الأجزاء المعدنية وقصّها من Metal Mart. يسهل استبدال المشغلات ونظام التعليق. لا صداع بسبب التوقف عن العمل. حتى جدتي يمكنها فعل ذلك بنفسها“.
تُعد المشغلات الخطية بنظام المسار مثل PA-18 وPA-08 بدائل ممتازة لمحاكيات الحركة الداخلية التي تتطلب حلولًا بطول مدمج عند الامتداد والانكماش. يعود ذلك إلى أن مشغلات المسار تمتلك مجال حركة محصورًا داخل مسار مُحدد مسبقًا ضمن السكة، بدلًا من خروج عمود إلى الهواء الطلق.
محاكي طائرة ثنائية السطح للأطفال
تُستخدم محاكيات الحركة أيضًا لأغراض ترفيهية، مثل محاكي الطائرة ثنائية السطح للأطفال من EAA 485. كان هذا المشروع تحديثًا للمحاكي الأصلي ثلاثي المحاور المعروف من فرع شقيق في ويتومبكا، ألاباما. ويسعد جون مككيرنان، رئيس EAA 485، بمشاركة مشروعه معنا!
احتاج محاكي الطائرة ثنائية السطح إلى طول شوط 4” على محوري اللفّ (Roll) والخَفْض/الرفع (Pitch)، وبما أن محور الانعراج (Yaw) على منصة دوّارة، فإن تحريك النقطة المتصلة يمكن أن يزيد أو يُنقص حركة الانعراج. وبخبرته السابقة مع منتجاتنا، تمكن مككيرنان من تحديد أن PA-03 بجهد 24 فولت DC وحمولة 200 lb مع طول شوط 4” هو الطراز المناسب.
“استغرق الأمر أقل من يوم لضبطه وجعل محور الانعراج يعمل. ثم اشتريت 3 مشغلات إضافية مماثلة ليكون لدينا قطعة احتياطية. لجعل اللفّ والخفض/الرفع يعملان، كان من الضروري تشغيل 4 كتل ألمنيوم للسماح بتركيب محمل Heim. كانت مفاصل الـHeim ضرورية لاستيعاب بعض الحركة المحورية في تفعيل اللفّ والخفض/الرفع. صُنعت هذه يدويًا وبدا أنها تعمل جيدًا. لاحقًا تم صنع لوحة صمامات جديدة باستخدام صمامات مسطحة عادية، واحدة لكل مشغل، ومقياس Hobbs، والقمرة. تحتوي القمرة على عدادات طائرات حقيقية وصوت محرك شعاعي ذكي يُتحكّم به عبر خانق. يستخدم مختبرات لاختبار سيرفو التحكم الراديوي متصلة بوحدة ومكبر صوت صغير خلف لوحة العدادات. كان يحتوي حتى على صوت رشاش واقعي عند الضغط على زر”، يوضح مككيرنان.
ويُكمل مككيرنان: “استخدمت المفاتيح الأصلية بكرة نابضية تكون، عندما يكون ذراع التحكم أو الدواسات في الوضع المتعادل، داخل كتلة فينولية، وعند تحريك الذراع أو دواسات الدفة تنقلها إلى صفيحة مفتاح من الألمنيوم. لم يُعجبني أن يوفّر الذراع المسار الكهربائي، رغم أن الكتل الفينولية كانت تعزل المنطقة تحت المقعد. تم تثبيت هذه على لوحة ألمنيوم مقلوبة وتكييف كل منها فوق البنية السفلية الأصلية للمفتاح.”
تستقر الكرة في الوضع الأوسط للمفتاح عند التعادل، ومع حركة الذراع أو الدواسة تتحرك البكرة وتضغط المفتاح. احتاج نظام اللفّ، الذي كان دائريًا في الأصل، إلى مزيد من الضبط الدقيق لأن الكتلة الفعلية كان يجب شقّها لتكييف المفتاح مع القاعدة. وعلى الرغم من بعض التحديات، «طارت» الطائرة ثنائية السطح 36 طفلًا في أول ظهور لها في KJKA AOPA، وكان مككيرنان راضيًا جدًا عن النتيجة.
المشاريع مثل هذه التي تستخدم المفاتيح كوسائل تحكم تكون أبسط للدمج للمبتدئين دون الحاجة إلى برمجة. تُقدّم مشغلاتنا الميكروية حجمًا مدمجًا مثاليًا لصناعة النماذج الأولية أو المجسّمات المصغّرة لمحاكيات حركة مماثلة. يمكن أن يساعد الإثبات المبدئي للفكرة في العروض التقديمية على كشف عقبات معينة قد يواجهها المشروع قبل الشروع في تنفيذ محاكي الحركة بالحجم الكامل.
الخلاصة
تأتي محاكيات الحركة بأشكال وأحجام مختلفة، ما يجعلها مناسبة لمحاكاة سيناريوهات خاصة بالتطبيق. تُدمج الأجهزة مثل المتحكمات الدقيقة والمفاتيح ووحدات قيادة المحركات عادةً مع المشغلات الخطية لتمكين محاكيات الحركة من إعادة تمثيل الحركة بأكبر قدر ممكن من الدقة.
نأمل أن تكونوا قد وجدتم هذا المحتوى مفيدًا وممتعًا كما وجدناه، خصوصًا إذا كنتم مهتمين بمعرفة كيف تعمل محاكيات الحركة والمشغلات الخطية معًا! إذا كانت لديكم أي استفسارات أو رغبتم في مناقشة منتجاتنا بمزيد من التفصيل، فلا تترددوا في التواصل معنا! نحن خبراء فيما نقوم به وسنكون سعداء بمساعدتكم بكل ما نستطيع.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123