Inverz inga egyensúlyozása tintasugaras nyomtató mechanizmusával
Bizonyára sokan próbáltunk meg különböző hétköznapi tárgyakat (legyen az ceruza, partvis, felmosó) az ujjhegyünkön egyensúlyozni, de hamar rájöttünk, nem is olyan egyszerű feladat ennek elvégzése. A tapasztalat szerint minél hosszabb a tárgy, annál több ideig tudjuk azt stabilan egyensúlyozni. Könnyedén elérkezhetünk ahhoz a ponthoz, amelynél bármilyen gyorsan is reagálunk, nem lehet tovább megőrizni a stabilitást.
Az egyetemen lehetőségünk volt tanulni e jelenségről részletesebben, mely hétköznapi és mérnöki vonatkozásai miatt megragadta figyelmünket. Ott az emberi egyensúlyozást egy vízszintesen megvezetett inverz ingával modelleztük, ezzel síkbeli feladatra redukálva a problémát. Ez alapján az egyszerűsített modell alapján létre szerettünk volna hozni egy olyan kísérleti eszközt, melyen szemléltetni tudjuk nagy vonalakban a rúdegyensúlyozás folyamatát. Ennek szabályozása állatorvosi lónak számít a klasszikus szabályozástechnikában, számtalan módszert alkottak már rá. Mi a hangsúlyt inkább egy működő szerkezet megépítésére helyeztük, melyen tanulmányozhatjuk a különböző paraméterek hatását a rendszerre, a jövőben pedig alapjául szolgálhat kettős, esetleg hármas inga egyensúlyozására is, igény szerint az emberi érzékelés időkésését is modellezve. Az eszköz alapjának egy tintasugaras nyomtatót választottunk, melynek nyomtatófeje az utánozni kívánt mozgás végrehajtására tökéletesen alkalmas: nagy sebességgel, nagyon pontosan képes mozogni (gondoljunk csak a nyomtatás sebességére, és a betűk méretére).
Feladatunk többek között a nyomtató felépítésének tanulmányozása, és aktuátorának, valamint szenzorai működésének megértése, visszafejtése volt. Részletes kapcsolási rajz, és egyéb működési paraméterek nem álltak rendelkezésünkre, ezeket magunknak kellett kísérleti úton meghatározni. Az egész rendszert egy Arduino Uno mikrokontrollerrel működtetjük, kiegészítve egyéb szenzorokkal és szerkezeti elemekkel. A digitális szabályozást egy PD szabályozó látja el, melynek paramétereit szemidiszkretizációval határoztuk meg, a felállított mechanikai modell segítségével.
