Γραμμικό ρολόι (MVMT 113): 13 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Έργα Fusion 360 »

Ανεξάρτητα από το τι σας λέει ο Deepak Chopra, ο χρόνος είναι γραμμικός. Ας ελπίσουμε ότι αυτό το ρολόι είναι λίγο πιο κοντά στην πραγματικότητα από τα κυκλικά που έχουμε συνηθίσει όλοι. Τα διαστήματα των πέντε λεπτών είναι λιγότερο νευρωτικά από το να είναι ακριβή μέχρι το λεπτό, και κάθε αριθμός μεγεθύνεται, υπενθυμίζοντάς σας να εστιάσετε στο παρόν.

Το έφτιαξα χρησιμοποιώντας σχεδόν κάθε μηχάνημα στο Pier 9 (waterjet, αμμοβολή, λέιζερ, εκτυπωτής 3D, εργαστήριο ηλεκτρονικών κ.λπ.). Είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο 6061, ατσάλινο υλικό (βίδες, παξιμάδια, έδρανα), γρανάζια 3D εκτύπωσης, Arduino Uno και τα πάνελ ώρας και λεπτού είναι κόντρα πλακέ κομμένα / χαραγμένα με λέιζερ.

Φυσικά γνωρίζω ότι αυτό το έργο δεν είναι προσβάσιμο σε όλους σχεδόν όσους δεν έχουν την παράφορα καλή τύχη να έχουν πρόσβαση σε ένα κατάστημα όπως αυτό, αλλά ελπίζουμε ότι θα το βρείτε εμπνευσμένο.

Το Fusion 360 είναι δωρεάν για φοιτητές και χομπίστες και υπάρχει ένας τόνος εκπαιδευτικής υποστήριξης σε αυτό. Αν θέλετε να μάθετε να μοντελοποιείτε 3D το είδος της δουλειάς που κάνω, νομίζω ότι αυτή είναι η καλύτερη επιλογή στην αγορά. Κάντε κλικ στους παρακάτω συνδέσμους για να εγγραφείτε:

Μαθητής/Εκπαιδευτικός

Χόμπι/Startup

Επίσης, ηγήθηκα μιας σειράς σεμιναρίων webinar που σχετίζονται με έργα τρισδιάστατης μοντελοποίησης με κινούμενα μέρη. Σε αυτά τα διαδικτυακά σεμινάρια, θα μάθετε τις δυνατότητες του Fusion 360, όπως προηγμένα μηχανικά συγκροτήματα (που σημαίνει ότι δύο ή περισσότερες αρθρώσεις αλληλεπιδρούν) και απόδοση. Το τελευταίο webinar επικεντρώθηκε στη μοντελοποίηση αυτού του σχεδιασμού ρολογιού στο Fusion 360. Μπορείτε να δείτε ολόκληρο το βίντεο εδώ:

Αν σας ενδιαφέρει, ελέγξτε τα άλλα δύο διαδικτυακά σεμινάρια αυτής της σειράς όπου θα μάθετε να σχεδιάζετε έναν λαμπτήρα Giant Knob και ένα διαρκές ρολόι με το Arduino.

Βήμα 1: 507 Μηχανικές κινήσεις

Το 507 Mechanical Movements είναι μια εγκυκλοπαίδεια κοινών μηχανισμών της δεκαετίας του 1860 που χρησιμεύει ως καλή αναφορά για αυτού του είδους τα πράγματα. Αυτός ο μηχανισμός βασίζεται στο Κίνημα 113, "Rack and Pinion". Αυτό θα είναι ένα μακρύ έργο, οπότε αν έχετε έναν συγκεκριμένο μηχανισμό που θα θέλατε να κάνω, μη διστάσετε να κάνετε ένα αίτημα στα σχόλια!

Βήμα 2: Σχεδιασμός & τρισδιάστατο μοντέλο

Το παραπάνω βίντεο είναι μια ηχογράφηση ενός webinar που έκανα για το κομμάτι του σχεδίου rack and pinion.

Το πιο δύσκολο κομμάτι του σχεδιασμού ήταν να συναρμολογήσετε το ράφι και το γρανάζι. Τα μαθηματικά για το σχεδιασμό εργαλείων μπορεί να γίνουν αρκετά περίπλοκα (στην πραγματικότητα, υπάρχουν μηχανικοί που βασικά σχεδιάζουν μόνο συναρμολογήσεις εργαλείων για αυτόν ακριβώς τον λόγο), αλλά με βάση ένα υπέροχο σεμινάριο στο YouTube του Rob Duarte, έφτιαξα το δικό μου πρότυπο που λειτουργεί με την τελευταία έκδοση του πρόσθετου Spur Gear για Fusion.

Το παραπάνω βίντεο σας καθοδηγεί στη διαδικασία κατασκευής της συναρμολόγησης rack and pinion, αλλά αν θέλετε ένα πιο λεπτομερές σεμινάριο, παρακαλώ ελάτε μαζί μου για το webinar Design Now Hour Of Making in Motion στις 5 Απριλίου. Αν χάσετε το webinar, θα Θα καταγραφεί και θα ανεβάσω το βίντεο εδώ.

Το πρότυπο (παρακάτω σύνδεσμος) έχει ήδη εισαγάγει όλες τις παραμέτρους που εμφανίζονται παραπάνω. Δεν θα μπω στα μαθηματικά εδώ, αλλά αν ακολουθήσετε τις οδηγίες, θα λειτουργήσει για εσάς.

Χρησιμοποιήστε το πρόσθετο Spur Gear πηγαίνοντας στο ADD-INS> Scripts and Add-Ins…> Spur Gear> Run. Όταν εμφανιστεί το παράθυρο που εμφανίζεται παραπάνω, εισαγάγετε τις παραμέτρους. Ο αριθμός των δοντιών δεν θα σας επιτρέψει να χρησιμοποιήσετε μια παράμετρο για την τιμή, οπότε βεβαιωθείτε ότι ταιριάζει με την τιμή toothNum εάν την αλλάξετε. Πρέπει επίσης να πολλαπλασιάσετε τις ονομαζόμενες παραμέτρους επί 1 όπως φαίνεται παραπάνω.

Λάβετε υπόψη ότι μόλις γίνει το γρανάζι, μπορείτε να το επεξεργαστείτε όπως κάθε άλλο αντικείμενο στο Fusion.

Όπως φαίνεται στο βίντεο επίδειξης, αυτό είναι ένα παράδειγμα του πώς θα δημιουργήσετε ένα προφίλ δοντιών χρησιμοποιώντας τις παραμέτρους.

Ακολουθούν οι σύνδεσμοι προς το πρότυπο που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να φτιάξετε το δικό σας rack και pinion στο Fusion:

Πρότυπο με παραμέτρους:

Αφού καταλήξαμε στο γρανάζι, ξόδεψα πολύ χρόνο για να μοντελοποιήσω κινητήρες, διακόπτες και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, έπειτα να καταλάβω όλες τις λεπτομέρειες. Με τον σύνδεσμο κίνησης που περιγράφεται παραπάνω, μπόρεσα να πάρω μια καλή εικόνα για το πώς θα φαινόταν σε κίνηση.

Μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση στο αρχείο μέσω του παρακάτω συνδέσμου και να παίξετε μαζί του ή ακόμη και να προσπαθήσετε να δημιουργήσετε τη δική σας έκδοση από το αρχείο. Υπήρξε αρκετό μπέρδεμα και αλλοίωση μετά την κατασκευή των εξαρτημάτων, οπότε μην περιμένετε να μπορείτε να κόψετε μόνο όλα τα μέρη με λέιζερ και να έχετε ένα τελικό προϊόν. Αυτό το έργο ήταν ακριβό και πήρε πολύ χρόνο! Εάν είστε πραγματικά σοβαροί για να το φτιάξετε και χρειάζεστε βοήθεια, απλά σχολιάστε παρακάτω και θα κάνω ό, τι μπορώ για να σας προχωρήσω.

Ολοκληρωμένος σχεδιασμός ρολογιού:

Εάν δεν είστε ήδη χρήστης του Fusion 360, εγγραφείτε στη δωρεάν τάξη τρισδιάστατης εκτύπωσης. Είναι ένα μάθημα συντριβής στο Fusion για παραγωγή και το Μάθημα 2 έχει όλες τις πληροφορίες που χρειάζεστε για να λάβετε το Fusion δωρεάν.

Βήμα 3: ΕΝΗΜΕΡΩΣΗ 12/1/2020

Αφού έφτιαξα το πρώτο πρωτότυπο, ξεκίνησα από την αρχή με κάποιες βελτιώσεις στο σχέδιο. Ένας από τους συναδέλφους μου από την ομάδα των Ηλεκτρονικών σχεδίασε ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα για την οδήγηση των κινητήρων και υπάρχουν μαγνητικοί αισθητήρες που βοηθούν στην ανίχνευση της θέσης (ευρετηριασμένοι από μαγνήτες που πιέζονται στις ράγες).

Όλα τα εξαρτήματα του μοντέλου έχουν αριθμούς μερών, τα περισσότερα προέρχονται από το McMaster Carr ή το DigiKey. Αυτός είναι πολύ καλύτερος σχεδιασμός επειδή αποφεύγει το πρόβλημα με το ράφι από το βάρος της ράγας όταν επεκταθεί πλήρως και επειδή ο δείκτης του αισθητήρα μαγνήτη εξασφαλίζει τη σωστή θέση κάθε φορά που κινούνται οι κινητήρες.

Πλήρης συναρμολόγηση Fusion 360:

Βήμα 4: Υλικό

• Πάνελ: Αλουμίνιο 6061 πάχους 6mm (πιθανότατα το κόντρα πλακέ θα λειτουργούσε επίσης)
• Αριθμός πίνακα: 3mm κόντρα πλακέ
• Arduino Uno:
• Adafruit Motor Shield:
• 5V Stepper Motors: https://www.adafruit.com/products/858 (θα συνιστούσα να χρησιμοποιείτε κινητήρες 12V αντί αυτών)
• Όρια διακοπτών (4):
• Στιγμιαίοι διακόπτες (2):

Βήμα 5: Ηλεκτρονικά & Προγραμματισμός

Όλα τα ηλεκτρονικά γίνονται με Arduino Uno και Adafruit Motor Shield.

Εδώ είναι η βασική ιδέα για το πώς θέλω να λειτουργεί:

1. Όταν η μονάδα είναι ενεργοποιημένη, τα βήματα τρέχουν τα ράφια πίσω μέχρι να ενεργοποιηθούν οι οριακοί διακόπτες στην αριστερή πλευρά. Αυτό θέτει τη θέση στο μηδέν. Στη συνέχεια, τα βήματα τρέχουν τα ράφια προς τα εμπρός μέχρι το 1 να κεντραριστεί στο πίνακα ώρας και το 00 να κεντραριστεί στο λεπτό πλαίσιο.
2. Μόλις επικεντρωθεί η ώρα και το λεπτό, τα ράφια προχωρούν εγκαίρως. Μια πλήρης θέση κινείται στο κάτω μέρος με πλήρη ταχύτητα κάθε 5 λεπτά και μια πλήρης θέση κινείται στο πάνω μέρος κάθε ώρα.
3. Οι στιγμιαίοι διακόπτες (καρφίτσες 6-7) μετακινούν τα ράφια προς τα εμπρός κατά μία θέση (περίπου 147 βήματα) και στη συνέχεια συνεχίζουν με την καταμέτρηση του ρολογιού.
4. Οι κινήσεις της ώρας και των λεπτών έχουν μετρητές που στέλνουν τις ράβδους πίσω στους αριστερούς οριακούς διακόπτες και τις επαναφέρουν στο μηδέν μόλις η ώρα έχει περάσει τις 12 και τα λεπτά έχουν περάσει τα 55.

Ακόμα δεν έχω καταλάβει τι ακριβώς πρέπει να κάνω με τον κώδικα. Το έχω δουλέψει θεωρητικά με τον παρακάτω κώδικα που πήρε από το Randofo. Αυτός ο κώδικας μετακινεί τη γραμμή λεπτών προς τα εμπρός ένα βήμα κάθε 200 ms (νομίζω) μόλις ενεργοποιηθεί ένας από τους οριακούς διακόπτες. Λειτουργεί, αλλά έχω ξεπεράσει αρκετά γρήγορα τη βασική δουλειά που έχω κάνει εδώ. Αυτό φαίνεται σαν ένα αρκετά εύκολο πρόβλημα για έναν έξυπνο χρήστη Arduino, αλλά κάνω ένα έργο μόνο με ένα ίσως μία φορά το χρόνο, και κάθε φορά που το κάνω, έχω ξεχάσει όλα όσα έμαθα στο τελευταίο έργο.

/*************************************************************

Motor Shield Stepper Demo από τον Randy Sarafan

Για περισσότερες πληροφορίες δείτε:

www.instructables.com/id/Arduino-Motor-Shi…

*************************************************************/

#include #include #include "utility/Adafruit_MS_PWMServoDriver.h"

// Δημιουργήστε το αντικείμενο προστασίας κινητήρα με την προεπιλεγμένη διεύθυνση I2C

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield (); // Or, δημιουργήστε το με διαφορετική διεύθυνση I2C (πείτε για στοίβαγμα) // Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield (0x61).

// Συνδέστε έναν βηματικό κινητήρα με 200 βήματα ανά περιστροφή (1,8 μοίρα)

// στη θύρα κινητήρα #2 (M3 και M4) Adafruit_StepperMotor *myMotor1 = AFMS.getStepper (300, 1); Adafruit_StepperMotor *myMotor2 = AFMS.getStepper (300, 2);

int delaylegnth = 7;

void setup () {

// έναρξη σειριακής σύνδεσης Serial.begin (9600); // διαμορφώστε το pin2 ως είσοδο και ενεργοποιήστε την εσωτερική pinMode αντίσταση έλξης (2, INPUT_PULLUP).

// Serial.begin (9600); // ρυθμίστε τη σειριακή βιβλιοθήκη στα 9600 bps

Serial.println ("Stepper test!");

AFMS.begin (); // δημιουργία με την προεπιλεγμένη συχνότητα 1.6KHz

//AFMS.begin(1000); // OR με διαφορετική συχνότητα, πείτε 1KHz myMotor1-> setSpeed (100). // 10 στροφές/ λεπτό}

void loop () {

// διαβάστε την τιμή του κουμπιού σε μεταβλητή int sensorVal = digitalRead (2); sensorVal == LOW; int καθυστέρησηL = 200; if (sensorVal == LOW) {Serial.println ("Minutes ++"); // myMotor1-> βήμα (1640, BACKWARD, DOUBLE); για (int i = 0; i βήμα (147, BACKWARD, DOUBLE); // analogWrite (PWMpin, i); delay (delayL);} Serial.println ("Hours ++"); myMotor1-> step (1615, ΜΠΡΟΣΤΑ, ΔΙΠΛΟ);

// myMotor2-> βήμα (1600, BACKWARD, DOUBLE);

myMotor2-> βήμα (220, ΕΜΠΡΟΣ, ΔΙΠΛΟ); // καθυστέρηση (delayL); } αλλο {

//Serial.println("Διπλά βήματα πηνίου ");

myMotor1-> βήμα (0, ΕΜΠΡΟΣ, ΔΙΠΛΟ); myMotor1-> βήμα (0, BACKWARD, DOUBLE); }}

Βήμα 6: Συναρμολογήστε τη βάση

Η βάση είναι κατασκευασμένη από δύο πλάκες με αποστάτες που τα συγκρατούν. Οι βίδες στερεώνονται στην πλάκα μέσω τρυπημένων οπών. Το μέρος 6 στο σχέδιο αυτό είναι ένα άλλο τρισδιάστατο τυπωμένο μέρος- ένα διαχωριστικό που είναι επίσης μια βάση για το τερματικό ισχύος για τους βηματικούς κινητήρες.

Βήμα 7: Προσθήκη στιγμιαίων διακοπτών

Οι στιγμιαίοι διακόπτες, Arduino και οριακοί διακόπτες στερεώνονται στην μπροστινή πλάκα, οπότε η πρόσβαση στα ηλεκτρονικά για να κάνετε αλλαγές είναι εύκολη- απλώς αφαιρέστε την πίσω πλάκα και μπορείτε να φτάσετε τα πάντα.

Βήμα 8: Προσθέστε την πλάκα τοποθέτησης και τους διακόπτες ορίου

Η πλάκα στερέωσης συγκρατεί τους οριακούς διακόπτες και το συγκρότημα ρουλεμάν για τα ράφια. Αυτό το μέρος μπορεί επίσης να παραμείνει μαζί κατά την επεξεργασία των ηλεκτρονικών.

Βήμα 9: Προσθέστε Stepper Motors & Gears

Οι βηματικοί κινητήρες στερεώνονται στον πίνακα με βίδες Μ4 μέσα από οπές με σπείρωμα και τα γρανάζια με τρισδιάστατη εκτύπωση προσαρμόζονται με πίεση στους στύλους του κινητήρα. Χρησιμοποίησα ένα σφιγκτήρα σκανδάλης για να τα πιάσω και να ξεπλύνουν.

Βήμα 10: Προσθέστε ράφια

Τα ράφια έχουν σχισμές κομμένες σε αυτά που φέρουν τα δύο ρουλεμάν. Υπάρχει ένα μικρό κενό (0,1mm) μεταξύ των εδράνων και των σχισμών, το οποίο επιτρέπει στο ράφι να κινείται ελεύθερα.

Τα ρουλεμάν στριμώχνονται μεταξύ προσαρμοσμένων τρισδιάστατων αποστατών για να αποκτήσουν την ακριβή εφαρμογή που χρειαζόμουν. Υπάρχει μια πλάκα ραφιών στο μπροστινό μέρος που λειτουργεί ως πλυντήριο που κρατά τα ράφια στη θέση τους.

Βήμα 11: Προσθέστε μπάρες ώρας και λεπτών

Οι ράβδοι ώρας και λεπτού στερεώνονται στα ράφια με αποστάτες 12 mm δημιουργώντας ένα κενό που επιτρέπει την απόσταση μεταξύ των ράβδων και των σχαρών.

Βήμα 12: Προσθέστε μεγεθυντικούς φακούς

Οι μεγεθυντικοί φακοί είναι φτηνοί μεγεθυντικοί φακοί τσέπης που βρήκα στο amazon. Μετατοπίζονται από το μπροστινό μέρος των ράβδων με αποστάτες 25 χιλιοστών.

Βήμα 13: Διδάγματα

Έμαθα πολλά για τη γραμμική κίνηση με αυτό το έργο. Η ανοχή που χρησιμοποίησα μεταξύ των ρουλεμάν και των σχισμών στα ράφια ήταν λίγο υπερβολική, οπότε αν επρόκειτο να τα καταφέρω ξανά, πιστεύω ότι μάλλον θα το έκοβα στη μέση. Το κενό στις πλευρές των κενών ήταν επίσης πολύ μεγάλο.

Οι κινητήρες λειτουργούν, αλλά όσο περισσότερο γίνεται ο πρόβολος, τόσο περισσότερο πρέπει να δουλεύουν. Πιθανότατα θα πήγαινα με steppers 12V αντί για 5V.

Η αντίδραση θα έπρεπε επίσης να ήταν μεγαλύτερη, ίσως 0,25 mm. Τα γρανάζια έπεφταν στα ράφια πολύ σφιχτά με τα πρώτα γρανάζια που δοκίμασα.