Марбл мэш что такое
Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0
Я хочу рассказать о второй версии моей электро-механической Marble Machine и о процессе ее проектирования. Про первую спиральную машину я уже писал здесь на хабре. Времени с тех пор прошло не мало, и вот, в принципе, задуманное осуществлено: два подъемника и два спуска работают совместно, как одна система, передают друг другу шары перемешивая их в случайном порядке. Честно говоря мне не все здесь нравится, кое-что требует переделки или более тонкой настройки, но я рад, что в целом у меня получилось. Результат на видео!
Я работаю программистом. При программировании часто бывает так, что неделю пишешь и отлаживаешь код, но потом, переосмыслив, просто удаляешь все, что созданно непосильным трудом за неделю, и пишешь заново за два часа уже начисто, работающее и причесанное. При разработке моей Marble Machine я столкнулся с тем, что здесь, в физическом мире, такой принцип не работает. Или работает, но слабо… или я пока не понимаю, как его заставить работать таким образом.
Здесь есть ряд проблем.
Первая проблема — это, вероятно, моя недостаточно высокая квалификация проектировщика марбл машин; считаю это временным недостатком, возможно я еще смогу прокачать свои навыки. Я использовал среду проектирования КОМПАС-3D. Сказать по правде освоение этого инструмента идет не просто. Возможно, сейчас я могу использовать примерно 2-3% возможностей КОМПАСа. Мне пришлось перечитать кучу инструкций и пересмотреть кучу демонстрационных видео на youtube. В настоящее время я научился проектировать отдельные детали, но я пока не умею в чертеже, в 3D модели соединить их в единую конструкцию, чтобы убедиться, что вращающиеся части правильно взаимодействуют, не цепляют друг друга где не нужно, что их ход достаточен. Потом, я не очень представляю себе, возможно ли в современных 3D редакторах моделирование движения свободных деталей, например, движение шара по наклонной плоскости, моделирование места падения шара и так далее. В общем, тут мне есть чему поучиться.
Я могу привести такой пример моего самообучения КОМПАСу. Еще когда я проектировал первую спиральную Марбл Машин, я столкнулся с проблемой, что не знаю, как мне сделать несколько плоскостей находящихся под небольшим углом. Легко проектировать детали у которых основные плоскости ортогональны. А что делать если мне нужны спускающаяся змейка? Я тогда придумал и использовал вот такой странный прием (ничего лучше мне тогда на ум не пришло):
Начертил на плоскости профиль спуска, затем выдавил его:
Затем отсекал о него все лишнее проецируя эскизы сверху:
Сейчас я уже понимаю, насколько трудно и глупо было использовать такой прием. Гораздо проще было бы использовать смещенные плоскости компаса, но я же тогда не умел это делать… Сейчас бы я сделал такую деталь гораздо проще.
Вторая проблема отчасти связана с первой проблемой — это время печати. 3D принтер с послойной печатью печатает довольно долго. Получается, что если я пока не умею моделировать взаимодействие деталей в софте, то для проверки работоспособности узла нужно потратить кучу времени и пластика. У меня бывало так, что я проектирую две детали, потом печатаю, а они плохо стыкуются друг с другом и нужно что-то менять в модели. А это опять расходы времени и пластика. Но пластик-то хоть не дорогой, его не так жалко, а вот время… это да, его жалко.
Третья проблема — отсутствие опыта. Многие сделанные мною ошибки происходят из наивности и неопытности. Marble Machine — это робот-автомат с бессчисленным числом состояний, если считать местоположения всех шаров отдельным состоянием. У машины много подвижных механических частей. При проектировании крана я надеялся, что я смогу соединить движущиеся пластиковые детали через отверстия в них просто винтами/шпильками с гайками на шайбах. Но оказалось, что это так не работает. Спроектированные в пластиковых деталях отверстия после печати получаются либо слишком малыми, либо слишком большими, либо быстро разбалтываются в процессе работы. Гайки даже через шайбы всегда откручиваются. Гайки самоконтрящиеся с нейлоновым кольцом улучшают ситуацию, но люфты все равно остаются неприемлимыми. Не затянуть гайку — будет болтаться, а затянуть — будет большое трение, мотор не потянет. Все это я испытал на себе пока не понял, что нужно делать по возможности правильно, а именно: везде на подвижные части нужно ставить подшипники. Такое простое решение, которое и люфты убирает и подвижность отличная, трение минимальное и ничего самопроизвольно не откручивается. Пришлось многие модели переделывать под использование подшипника. Например, вот модели двух деталей шатуна, к шаговому двигателю:
Теперь они соединяются через подшипник. От посадочного места подшипника спроектировал паз, чтобы была возможность вставить подшипник плотно в натяг и даже есть возможность затянуть его винтом.
Вот на этих фото показаны места, где теперь уже стоят подшипники:
Потом, следующая проблема — это жесткость конструкции. Как видите, я стремлюсь создать эдакий механический роботизированный арт-объект, и комбинация белого, черного и блестящего металла не случайна. В штанге крана я хотел поместить металлическую шпильку М4. Она должна была придать штанге нужную прочность и должна была бы блестеть «в лучах софитов» (если бы они у меня были). Однако, не получилось. С металлической шпилькой значительно увеличивается вес и инерционность штанги. Мой бедный шаговый двигатель с трудом тащил такую штангу вверх, ну а вниз она сама чуть не падала. Здесь пришлось пойти на крайне меры: я напечатал на своем принтере пластиковую белую шпильку (белый PLA) диаметром 4 миллиметра, которую просто вклеил внутрь штанги туда, где хотел ставить металическую шпильку. Получилось хорошо. Не очень жестко, зато очень легкая конструкция. Вторая идея, которая мне пришла позже — кран должен быть с противовесом! И почему я сразу об этом не подумал? Вот тут вопрос, переделывать модель и перепечатывать всю штангу целиком или напечатать небольшое дополнение к существующей штанге и «поработать напильником»? Я выбрал второе, так быстрее — сделал отдельную деталь, которая бы содержала в себе места под подшипники и коробочку под груз — противовеса:
От штанги отпилил хвост и приклеил с помощью дихлорэтана новую деталь к старой.
Здесь на фото видно место склейки. Хотя… тут не все однозначно, ведь как сбалансировать кран? Он же имеет переменный вес, когда сбрасывает шары… Нужно сказать, что все же я недооценил вес самих металлических шаров. Они хоть и не большие, 12.5 мм, но каждый весит 8 грамм, да действуют на широкое плечо. Когда кран поднимает три шара сразу, а потом бросает их в верхнем положении, на штанге возникают упругие вибрации. И как бы мне их заранее учесть? Не представляю себе. Можно ли это как-то рассчитать в КОМПАСЕ или другой САПР?
Вообще, при разработке этой Marble Machine я столкнулся с тем, что многое работает не так, как я себе это представляю. Например, самое простое, воронка для сбора шаров. Вот тут я сделал 3D рендеринг этой детали:
Казалось бы, что тут может пойти не так? Но на самом деле, даже эта воронка работает иначе, не так, как я думал! Я сделал дно в виде части поверхности сферы и думал, что шары будут кататься по такой чаше и их скорость будет расти при движении вниз к выпускному отверстию. Но нет же! Оказывается, что шары катятся и ниже по спуску крутизна поверхности оказывается меньше, они замедляются по мере приближения к выходу. Возможно, играют роль ступеньки 0.2 мм — толщина слоя печати? Что-то это не совсем то, что я хотел или думал. Но это место по крайней мере не стал переделывать.
Еще одна важная проблема — как состыковать две марбл машины в одну? Спиральная машина у меня уже была и работает, можно ли ее оставить как есть? Чтобы согласовать по уровню поток шаров от первой спиральной машины, мне пришлось ее полностью разобрать, спроектировать в КОМПАСЕ и напечатать подставку под стойку спирали, чтоб сделать ее повыше и заново собрать машину. Потом нужно было придумать переключатель потоков, триггер, ловушку под триггером, дорожки и развороты. Вообще процесс создания был довольно интересным. У меня есть знакомый, а у него жена — художница и помню долго рисовала картину с рыбами. Прихожу к ним в гости, смотрю, нормальные такие рыбы. Через неделю прихожу — а рыбы на той же картине уже в другую сторону плывут. Вот у меня что-то такое тоже было. Сегодня придумал и сделал, но завтра все переосмыслил и перепроектировал, напечатал другую модель, установил, испытываю.
Далее расскажу, какие еще были спроектированы детали. Ниже представлен 3D рендеринг этих моделей. Стойка крана:
На стойке предусмотрены посадочные отверстия под платы драйвера двигателя.
На стойку крана я креплю вторую деталь: держатель шагового двигателя:
Тут так же возникла непредвиденная проблема — держатель получился слишком прочный и слишком толстый. Теперь у двигателя есть проблемы с охлаждением. Возможно придется перепроектировать этот узел.
На стойке сверху винтами крепится деталь «треугольник» с посадочным местом под подшипник, для поддержки штанги крана:
Две части от штанги крана:
Одна из самых главных частей — это переключающий триггер:
и еще, чаша, для ловли шаров с триггера:
Есть еще много других второстепенных деталей, которые так или иначе приходилось на ходу придумывать, проектировать и печатать.
Сказать по правде, после сборки всей механики, когда я перешел к электрической и к программной части проекта я даже вздохнул с облегчением, тут же все просто!
Запрограммировать FPGA плату Марсоход3bis, запустить два шаговых двигателя, подключить соленоид крана и организовать опрос герконового датчика мне показалось гораздо более простым делом, чем проектирование и реализация механики робота Marble Machine. Но программирование FPGA, это уже другая история, если кому интересно, то можно почитать здесь.
Сейчас я уже думаю о проектировании следующих типов подъемников для следующей версии Marble Machine v3. Тут есть варианты: винт архимеда, ступенчатые подъемники, шестерни. Есть о чем подумать и над чем поломать голову.
Что такое Mesh и как это работает
Содержание
Содержание
Mesh — что это такое и почему название часто появляется в рунете. Ответ прост: беспроводные сети научились проникать сквозь кирпичные стены и железобетонные перекрытия. Покажем, как это настроить, и сравним скорость интернета до и после.
Мы привыкли выбирать: быстрый проводной интернет или медленный Wi-Fi. Проводное соединение имеет один недостаток — привязка к месту. В остальном это быстро, стабильно и постоянно. Беспроводная сеть — штука капризная, поведение интернета может меняться от погодных условий и окружающей обстановки. Например, сигнал стремительно теряет мощность при прохождении через стены и перекрытия из бетона.
Решить проблему с качеством покрытия можно двумя способами: поставить дальнобойный роутер или подключить усилитель. В первом случае сигнал все равно испортится из-за препятствий, а во втором скорость интернета снизится ровно в два раза — таков принцип работы моста. А если это беспроводной мост, который еще поддерживается не всеми моделями роутеров, то к проблемам со связью можно смело прибавить интерференцию каналов с соседскими частотами. И это минимум, с чем столкнется пользователь, когда настроит такую систему. Но есть волшебное слово Mesh — оно все исправит.
Что такое Mesh
Владельцы широких интернет-каналов знают, как редко удается получить полную скорость по тарифу, если вместо витой пары подключаться по Wi-Fi. Современные роутеры научились разгоняться до 5 ГГц, но от этого нюансы с качеством покрытия не отменяются. Поэтому теоретические 7 Гбит/с почти всегда ограничены 300-500 Мбит/с, и то принимающие устройства должны быть в непосредственной близости к передающим. О скоростных максимумах диапазона 2.4 ГГц лучше промолчать.
Словом, это классическая беспроводная сеть: витая пара подключается к роутеру, который поднимает соединение и передает его по воздуху. Чем дальше юзер отходит от передатчика, тем меньше оплаченных мегабит остается у него в ноутбуке. Чтобы это исправить, необходимо изменить строение сети. Например, сделать так, чтобы интернет был не только в комнате с роутером, но и на другом этаже или в дальней спальне. Для этого нужно установить несколько равнозначных устройств. Это не роутеры, соединенные мостом, а специальные маршрутизаторы с выделенным каналом для связи между собой. Для дома, как правило, хватает двух или трех таких девайсов: один работает как главный передатчик, остальные дублируют сигнал. Это и есть Mesh.
Как это выглядит
За сложной теорией и иностранными названиями стоит эргономичная и дружелюбная к домашнему юзеру система. Новое поколение роутеров Mesh легко узнать по футуристичному дизайну корпусов и тому, что на задней панели почти всегда отсутствуют привычные антенны-«рожки»:
Как правило, в таких наборах бывает как минимум два устройства, но в систему можно подключить намного больше девайсов. Их можно докупить отдельно: включай в розетку и пользуйся. Настраивать? Прекратите, они прекрасно общаются без нас. Ну просто золотые плюшки, никак иначе. Стандартный «рогатый» проигрывает им как по дизайну, так и в эргономике:
Чем отличается от роутера
Если не вдаваться в подробности, роутер в обычной системе и роутер в Mesh — это коробки с похожей начинкой. Набор их возможностей зависит от «крутости» модели и мощности железа. Но это только на первый взгляд: даже самый навороченный и мощный роутер не сможет стать «меш», и вот почему.
Создавая децентрализованную беспроводную сеть, где каждое устройство работает независимо, необходимо подключить дополнительный канал для связи между ними, чтобы, кроме пользовательских точек Wi-Fi, роутер имел в запасе невидимое соединение для связи со своими братьями-близнецами. В правильной реализации для этого устанавливают отдельный модуль с собственным усилителем и антенной. Производители называют это Backhaul — транспортная связь. То есть, канал, который доставляет какую-то сервисную информацию без вмешательства в дела клиентов.
Так выглядит антенный блок Mesh-системы Zyxel Multy X: красным обозначены антенны для Backhaul, желтым — основные для пользовательских диапазонов, голубым — Bluetooth. В основном, так устроены все Mesh-роутеры.
Выходит, что «меш» имеет две стороны — фронтенд и бэкенд, то есть бэкхол. У простого роутера она одна — только клиентская связь. Таковы аппаратные отличия роутеров из разных систем.
Чем Mesh лучше обычного роутера
«Железные» доработки в новых системах меняют и поведение роутеров в программном плане. Это также отличает их от предшественников в практическом использовании.
Беспроводные сети нового поколения позволяют очень гибко настроить домашнюю сеть в плане как покрытия, так дополнительных опций. Чтобы доказать, что Mesh по-настоящему решает распространенные проблемы с классической сетью Wi-Fi, попробуем настроить ее самостоятельно и проверим, что умеют хваленые технологии в суровых условиях — 2 этажа и 200 квадратных метров.
Настраиваем и тестируем
Кроме готовых комплектов, производители также предлагают отдельные роутеры, которые при необходимости можно подключить в режиме Mesh. Например, последние модели Keenetic, начиная с Keenetic Start, знают о дополнительной связи Backhaul и легко превращаются из обычных роутеров в меш:
Некоторые модели переключаются в нужный режим с помощью рычажка, другие делают это программно — через меню. Разбираемся.
Стартовый набор
Для эксперимента понадобится роутер, который возьмет на себя подключение к интернету и будет раздавать мегабиты остальным устройствам, а также дополнительный трудяга для усиления сигнала.
В нашем случае подопытными кроликами будут Keenetic Giga в главной роли, Keenetic Lite как репитер и смартфон в качестве измерителя скорости интернета. Чтобы добавить азарта, разместим роутеры как можно дальше друг от друга: главный останется на втором этаже, а его помощник пойдет в самый дальний угол первого этажа — например, в котельную.
Настройка
Представим, что это наша первая настройка и станем все делать интуитивно. Первым делом настроим основной роутер. Подключаем его в розетку, а к нему провод с интернетом и витую пару от ПК. Открываем в браузере адрес 192.168.1.1 — это один из стандартных IP для подключения к настройкам роутера:
Теперь нужно подобрать логин и пароль. Если это первая настройка устройства, то логин и пароль будут указаны на задней части самого роутера или в инструкции по эксплуатации. В большинстве случаев это пара admin/admin или admin/1234. Вводим и попадаем в главное меню:
Интернет и Wi-Fi есть. Переходим в настройки беспроводной сети и открываем параметры системы Wi-Fi:
Перед нами настройки Mesh. В центре экрана черным по белому написано: возьмите второй роутер и переключите его в режим C, чтобы он работал как усилитель. Крутим в руках Keenetic Lite и видим интересную картинку:
Волшебники из Keenetic не обманули — находим рычажок и клацаем в нужном направлении:
В инструкции также написано, что роутеры необходимо соединить между собой проводом или с помощью WPS. Воспользуемся проверенным методом:
Затаив дыхание, включаем второй роутер в сеть и чего-то ждем:
Снова не обманули, Lite подцепился к Giga. И даже попросил обновления. Пожалуйста, нам не жалко. Через пять минут проверяем подключение:
Все идет по плану. Убираем провода и устанавливаем репитер на законное место — подальше от основного. Пока не включаем. Для чистоты эксперимента проверим скорость соединения возле основного роутера:
Из проводных 500 Мбит/с по Wi-Fi 2.4 ГГц нам достается всего 100 Мбит/с. Будем отталкиваться от этих значений. Отходим подальше — туда, где будет работать репитер, и проверим, как там обстоят дела с интернетом:
Почти никак: сигнал на минимуме, скорость — тоже. Да еще и потеря пакетов появилась — 0,71%. Теперь подключаем импровизированный Mesh-репитер и снова проверяем скорость, не отходя от кассы:
Ого! Скорость приема почти 90 Мбит/с — всего на 10% меньше от изначального сигнала. И это через 22 см плиты-перекрытия и несколько кирпичных стен. Поразительно! Система работает отлично.
Стоит ли игра свеч
Стоит ли покупать Mesh-систему, если сеть строится с нуля? Однозначно. А если роутер уже установлен? Обрадоваться, что он поддерживает Mesh и бежать за вторым — хотя бы бюджетным lite или подобной моделью. А если серьезно, то к настройке сети нужно подходить не менее вдумчиво, чем к планировке дома. Поэтому еще при выборе сетевых устройств нужно примерно понимать, каким требованиям должна соответствовать будущая сеть, с какой скоростью смогут работать сетевые устройства, и будут ли этому препятствовать физические преграды.
Если это небольшая однокомнатная квартира, то новая система будет избыточна, и пользователь не получит от нее тех плюсов, за которые ценят Mesh. Тем более, что это не самые дешевые устройства, которые за те же деньги могут иметь характеристики на порядок проще, чем у классического роутера.
Однако для многокомнатной квартиры или частного дома с большой площадью и двумя-тремя этажами система с несколькими роутерами будет единственным правильным решением, если нужно наладить максимальное покрытие и стабильный интернет по всему дому и даже во дворе.