Сортировщик на двух серво: воронка-качели, заслонка и очередь

После разборки старого велосипеда на моём верстаке месяц жили две банки: гайки М8 и М10, перемешанные в один слой. Перебирать руками — минут пятнадцать занудства, и однажды вечером я собрал сортировщик: бункер, из которого воронка-качели отдаёт по одной детали, жёлоб-развилка с заслонкой и два стакана. Механика простая до безобразия, но проект оказался лучшим тренажёром по автоматам из всех, что я делал: две серво нельзя писать вразнобой, им нужен дирижёр.

Роли здесь разделены не «две серво танцуют синхронно», а конвейером. Воронка — та же механика, что у дозатора корма для питомца: качнулась — зачерпнула порцию, вернулась — высыпала. Заслонка — наклонная перекладина на развилке жёлоба, перекладывает поток в левый или правый стакан. А размер детали на живой плате мерит дальномер в просвете под воронкой: большая деталь проходит ниже — вот вам и сортировка по фракции.

Сценарий соберём автоматом из пяти состояний на millis — расширение четырёх состояний из урока про конечный автомат на светофоре. Новой здесь будет очередь: кнопка нажимается тогда, когда ей удобно, а не когда автомат свободен, — и ни одно нажатие терять нельзя.

Воронка-качели — самый нетривиальный узел, и его стоит собрать до кода. Серво лежит под бункером, на роге — ложечка-карман: ход от 90 до 45 градусов зачерпывает из слоя деталей ровно одну, обратный ход высыпает её в жёлоб. Углы подбираются под фракцию: у меня М8 с гровером просились в карман при 45°, а М10 — только при 35°, иначе по две за раз. Тот же принцип черпания порции разобран в уроке про качели плеча манипулятора — там качается плечо, тут ложечка, физика одна.

Заслонка проще: жёлоб после воронки расходится вилкой, перекладина на второй серво наклоняет развилку влево или вправо. Два положения — 30 и 150 градусов, середина никогда не нужна: пока автомат меряет, заслонка стоит в положении прошлого бункера, и это осознанное решение — лишний ход это лишний износ и лишняя просадка питания.

Питание — то место, где двух-серво проекты умирают на первой проверке. Две SG90 в старте тянут до ампера с лишним на пиковой паре, и USB-порт ловит просадку, а то и перезагрузку платы — арифметика пиков разобрана в уроке про пик тока и сброс. Дирижёр помогает и здесь: автомат едет воронкой, когда заслонка стоит, и наоборот — ходы разнесены во времени программно, а одновременный старт бывает только в первый миллисекунду после подачи питания. На живой плате я всё равно кормлю серво от отдельного блока с общим грунтом — правило из урока про внешнее питание.

Ложечка крепится к качалке проволочной скобой, и у неё два зазора, которые стоит проверить рукой до первого запуска: два-три миллиметра до стенок бункера, иначе деталь заклинит между карманом и стеной, и трёхсотпятидесяти миллисекунд на мах перестанет хватать. Второй зазор — между карманом и горловиной жёлоба: деталь должна успевать упасть за обратный ход, у меня горловина уходит вниз на сантиметр с четвертью, и ни одна гайка ещё не уехала обратно в бункер.

Очередь — три переменные и два места их изменения. Кнопка по фронту с повторным интервалом 150 мс прибавляет счётчик, но не чаще трёх: бункер физически вмещает ограниченное число деталей, и честный отказ с записью «очередь полна» предсказуемее бесконечного обещания. Автомат в состоянии «ждёт» снимает заказ и уводит скетч в цикл — нажатие, случившееся посреди отсчёта любой стадии, спокойно дожидается своей очереди. Прямой вызов «кнопка — сразу ехать» ломал бы середину хода воронки.

Стадии подобраны под механику, а не по вкусу: 350 мс на ход воронки при скорости SG90 в 600°/с — запас втрое против сорокапятиградусного маха, 300 мс заслонке на переезд между 30 и 150 градусами. Полный цикл на бумаге — секунда, с реальным набором деталей и их падением в стакан выходит две-три: пропускная способность сортировщика упирается в гравитацию, а не в контроллер.

Порог 600 — не магия, а калибровка по логу. Положите десять крупных деталей подряд, выпишите показания razmer=, потом десять мелких: между двумя кучками выбирается число с зазором шире разброса. Мой зазор вышел от 540 до 690 — порог 600 сидит посередине. Если фракций станет больше двух, порог удобно вести из монитора: числа из Serial через parseInt кладутся в переменную POROG, и перенастройка не требует перепрошивки — особенно приятно, когда скетч уже зашит в плату на постоянное место жительства.

Размер на живой плате я мерил дальномером в просвете жёлоба: датчик смотрит поперёк, деталь проходит мимо и занимает часть просвета — показание проседает пропорционально габариту. Пара ИК-фотопрерывателей вдоль жёлоба на разной высоте решает то же без аналоговой возни: первый сработал, второй нет — крупная. В симуляторе размер изображает ползунок A0 — механика автомата от этого не меняется ни на строку: источник числа взаимозаменяем, порог 600 — единственная константа, которую калибруют по своей фракции.

Куда расти после двух бункеров: третья заслонка в каскаде и сортировка по цвету через датчик TCS34725 — но это отдельная эпопея с подсветкой и калибровкой белого, для первого сортировщика хватит и размера. Важнее освоить сам скелет: автомат с очередью — универсальная вещь, на нём живёт и лифт на два этажа, и раздатчик корма с меню.

На стенде видно главное свойство конвейера: серво никогда не едут одновременно. Пока воронка махает, заслонка стоит в выбранном положении; пока заслонка переезжает, воронка держит карман набранным. Это не только про питание — это и про понятность: по Serial-логу видно каждое состояние, и промах автомата находится за один прогон. Если когда-нибудь добавите третью серво — ей просто достанется своя стадия в той же цепочке if.

И практическая мелочь от верстака: просыпающийся мимо кармана песок из фракции — повод почистить ложечку, а не менять код. Карман набирает по краям, и за неделю работы мои углы уехали с 45 на 42 градуса — детали поменялись, механика подстроилась. Константы углов я вынес в начало скетча именно за это: правка одного числа вместо поиска по коду в три часа ночи.

Средняя зона между порогами — готовое место для выбраковки: заслонка в 90 градусов ведёт деталь в третий, средний стакан, и таблица состояний просто растёт строкой. Я не стал добавлять стадию сознательно: у сортировщика гаек нет смысла держать третий контейнер, а вот у сортировщика болтов с шайбами — уже есть. Автомат от этого не меняется ни на структуру, ни на очередь — растёт только список if в состоянии «меряет».