Ρολόι λέξεων που ελέγχεται από 114 σερβο: 14 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Έργα Fusion 360 »

Τι έχει 114 LED και λειτουργεί πάντα; Όπως ίσως γνωρίζετε η απάντηση είναι ένα ρολόι με λέξεις. Τι έχει 114 LED + 114 servos και κινείται πάντα; Η απάντηση είναι αυτό το σερβο ελεγχόμενο ρολόι λέξεων.

Για αυτό το έργο συνεργάστηκα με έναν φίλο μου, ο οποίος αποδείχθηκε ότι ήταν απαραίτητος λόγω της μεγάλης προσπάθειας αυτής της κατασκευής. Επιπλέον, η ηλεκτρονική μου και η μηχανική ικανότητά του αλληλοσυμπληρώνονταν αρκετά καλά. Η ιδέα αυτής της προσαρμογής της δημοφιλούς λέξης ρολογιού μας ήρθε ενώ ετοιμάζαμε ένα κανονικό δώρο Χριστουγέννων. Εκεί, παρατηρήσαμε ότι είναι επίσης δυνατό να προβάλλετε τα γράμματα από το πίσω μέρος σε ένα λευκό φύλλο χαρτιού. Εκείνη την εποχή αυτή ήταν μόνο μια λύση για να κρύψουμε την άθλια χειροτεχνία μας, αφού καταλήξαμε με μια φούσκα, ενώ στερεώσαμε ένα αυτοκόλλητο βινυλίου με τα γράμματα στο πίσω μέρος μιας γυάλινης πλάκας. Στη συνέχεια παρατηρήσαμε ότι μπορεί κανείς να επιτύχει ενδιαφέροντα εφέ όταν λυγίζει το φύλλο χαρτιού αφού τα γράμματα αλλάζουν μέγεθος και γίνονται θολά. Αυτό μας έκανε να βρούμε την ιδέα να φτιάξουμε ένα ρολόι λέξεων όπου τα γράμματα προβάλλονται από το πίσω μέρος σε μια οθόνη και μπορούν να μετακινηθούν πέρα δώθε για να αλλάξουν το μέγεθος της προβαλλόμενης εικόνας. Στην αρχή ήμασταν λίγο απρόθυμοι να κατασκευάσουμε αυτό το έργο λόγω του κόστους και της προσπάθειας που χρειάζεται όταν θέλετε να μετακινήσετε καθένα από τα 114 γράμματα ξεχωριστά. Έτσι, ρίξαμε την ιδέα να φτιάξουμε μια έκδοση όπου κάθε λέξη που χρησιμοποιείται για την εμφάνιση της ώρας μπορεί να μετακινηθεί μπρος -πίσω. Ωστόσο, αφού είδαμε ότι ο διαγωνισμός Epilog εμφανίστηκε στο Instructables ζητώντας επικά έργα, και επίσης αφού βρήκαμε σχετικά φθηνά σερβοκινητήρες, αποφασίσαμε να πάμε μέχρι το τέλος και να φτιάξουμε μια σωστή έκδοση όπου κάθε γράμμα ελέγχεται ξεχωριστά από ένα σερβο.

ΠΡΟΣΟΧΗ: Δεν πρόκειται για μονοήμερη κατασκευή!

Για να έχετε μια ιδέα για την προσπάθεια που έγινε σε αυτό το έργο, λάβετε υπόψη τους παρακάτω αριθμούς. Το τελειωμένο ρολόι περιέχει

• 798 μεμονωμένα μοντέλα 3D εκτύπωσης (συνολικός χρόνος εκτύπωσης ~ 200 ώρες)
• ~ 600 βίδες + ~ 250 παξιμάδια και ροδέλες
• ~ 500 σύρματα (συνολικό μήκος ~ 50 m). Χωρίς να υπολογίζουμε τα καλώδια που ήταν ήδη συνδεδεμένα με τα servos.

Βήμα 1: Σχεδιασμός

Το ρολόι σχεδιάστηκε με Autodesk Fusion 360 και Inventor. Όπως μπορείτε να δείτε το ρολόι αποτελείται από 114 γραμματοκιβώτια τα οποία κινούνται από γραμμικούς ενεργοποιητές που κινούνται με τη σειρά τους από σερβοκινητήρες. Κάθε γραμματοκιβώτιο περιέχει ένα LED που προβάλλει το γράμμα στο πίσω μέρος μιας οθόνης από λευκό φύλλο PVC. Όλα τα εξαρτήματα στεγάζονται σε ξύλινο πλαίσιο.

Βήμα 2: Συγκέντρωση υλικών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ

Μικρο σερβοκινητήρες 114x SG90 (ebay.de)

Παρόλο που οι σερβομηχανισμοί επισημάνθηκαν με το όνομα της δημοφιλούς μάρκας "Tower Pro", είναι σίγουρα φθηνότερα knockoffs. Ωστόσο, καθώς η τιμή του knockoff είναι περίπου 1 EUR σε σύγκριση με 3 EUR για το αρχικό, αυτό καθιστά όλο το έργο πιο προσιτό. Προφανώς, τα knockoff απορροφούν επίσης λιγότερο ρεύμα (φυσικά αυτό συνεπάγεται και λιγότερη ροπή) γεγονός που διευκόλυνε την εύρεση κατάλληλης παροχής ρεύματος για ολόκληρο το έργο.

• 5 m λωρίδα LED WS2812B, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 Ch PWM servo πρόγραμμα οδήγησης PCA9685 (ebay.de)
• Ενότητα DS3231 RTC (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B δέκτης IR + τηλεχειριστήριο (ebay.de)
• 5 V, 10 A τροφοδοτικό (ebay.de)
• 20x 15 cm σερβο καλώδιο επέκτασης (ebay.de)
• πρίζα καλωδίου DC σε γυμνό καλώδιο (conrad.de)
• Αντίσταση 300-500 Ohm
• Πυκνωτής 1000 μF (> 5 V)

Υλικά για πλαίσιο

• ξύλινα πηχάκια

  • 2 τεμάχια 40 x 10 x 497 mm
  • 2 τεμάχια 12 x 12 x 461 mm
  • 2 τεμάχια 12 x 12 x 20 mm

• πολλαπλός

  • 2 τεμάχια 12 x 77 x 481 mm
  • 2 τεμάχια 12 x 84 x 489 mm
• λευκό φύλλο PVC (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Πλάκα HDF 500 x 500 mm, πάχους 3 mm

Βίδες, καλώδια κλπ

• Βίδες 228x Μ2, μήκος 8 mm + ροδέλες + εξαγωνικά παξιμάδια
• Βίδες αυτοεπιπεδώματος 228x M2.2, μήκους 6,5 mm
• διάφορες βίδες ξύλου
• Σύρμα 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG)

Επιπλέον, αυτό το έργο απαιτούσε εκτεταμένη ποσότητα τρισδιάστατης εκτύπωσης και συγκόλλησης. Η πίσω πλάκα παρήχθη μέσω κοπής με λέιζερ. Το πλαίσιο κατασκευάστηκε με κυκλικό πριόνι, παζλ και τρυπάνι. Όσο για κάθε αξιοπρεπές έργο, χρησιμοποιήσαμε επίσης πολύ θερμή κόλλα, επίσης κάποια εποξειδική και πλαστική κόλλα.

Το συνολικό κόστος αυτού του έργου ανήλθε σε περίπου 350 ευρώ.

Βήμα 3: Τρισδιάστατα τυπωμένα εξαρτήματα

Κουτιά με γράμματα

Κάθε κουτί επιστολών αποτελείται από ένα τρισδιάστατο τυπωμένο κάλυμμα που λειτουργεί ως μάσκα σκιάς και μια πλάκα βάσης στην οποία θα προσαρτηθεί ένα LED. Η πλάκα βάσης περιλαμβάνει τέσσερις πείρους πείρου για ευθυγράμμιση στον ενεργοποιητή και έξι οπές για τροφοδοσία μέσω των καλωδίων LED. Συνολικά αυτό κάνει 228 μοντέλα που ήταν όλα τυπωμένα από μαύρο PLA (Formfutura EasyFill PLA) με ύψος στρώσης 0,4 mm. Ο συνολικός χρόνος εκτύπωσης στο Anycubic Kossel Linear Plus μου ήταν περίπου 23 ώρες για τα εξώφυλλα και 10 ώρες για τις πλάκες βάσης. Όλα τα αρχεία stl βρίσκονται στο συνημμένο αρχείο zip.

Ενεργοποιητές

Ο σχεδιασμός ενεργοποιητή προσαρμόστηκε από το Linear Servo Extender από τον Roger Rabbit που ήρθε πολύ χρήσιμο. Δεδομένου ότι τα μέρη ταιριάζουν καλά μεταξύ τους, θα πρέπει να εκτυπωθούν σε έναν αξιοπρεπή τρισδιάστατο εκτυπωτή. Το μικρό ύψος του στρώματος δεν είναι τόσο σημαντικό (0,2 mm είναι καλό) όσο μια μικρή διάμετρος ακροφυσίου (προτείνουμε 0,4 mm). Τα μέρη θα πρέπει να εκτυπωθούν στον προβλεπόμενο προσανατολισμό. Κάθε ενεργοποιητής αποτελείται από 5 μεμονωμένα μέρη, αφού χρειαζόμασταν 114 ενεργοποιητές αυτό σημαίνει 570 μέρη (!) Συνολικά. Για την εκτύπωση αυτών χρησιμοποιήσαμε τη συνδυασμένη ισχύ αρκετών επαγγελματικών τρισδιάστατων εκτυπωτών (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Ακόμα είχαμε πολλές αποτυχημένες εκτυπώσεις στα μέρη και έβαλα μερικές φωτογραφίες για τη διασκέδασή σας. Ο συνολικός χρόνος εκτύπωσης ήταν περίπου 150 ώρες (!). Και πάλι τα αρχεία stl μπορούν να βρεθούν στο συνημμένο αρχείο zip.

Βήμα 4: Κατασκευή του πλαισίου

Το πλαίσιο ήταν κατασκευασμένο από ξύλινα πηχάκια και πολλαπλή σανίδα. Τα μέρη κόπηκαν χρησιμοποιώντας ένα κυκλικό πριόνι και ένα παζλ και στη συνέχεια στερεώθηκαν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας κόλλα ξύλου και βίδες ξύλου. Το επάνω και το κάτω κάλυμμα ήταν επίσης λεκιασμένο για να του δώσει μια πιο ωραία εμφάνιση. Μια λεπτομερής περιγραφή των τμημάτων, συμπεριλαμβανομένων όλων των διαστάσεων, βρίσκεται στα συνημμένα σχέδια.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση των κουτιών με γράμματα

Η συναρμολόγηση των γραμματοκιβωτίων ήταν πολλή δουλειά και χρειάστηκε πολύς χρόνος, ειδικά η συγκόλληση. Αυτό συμβαίνει γιατί κάθε βήμα που κάνετε πρέπει να επαναλαμβάνεται 114 φορές.

1. Κόψτε 114 μεμονωμένα κομμάτια από τη λωρίδα LED
2. Κασσίτερος όλα τα μαξιλάρια LED
3. Συνδέστε κάθε LED στην τρισδιάστατη εκτυπωμένη πλάκα ενός γραμματοκιβωτίου. Το LED πρέπει να είναι κεντραρισμένο. Επίσης το ασφαλίσαμε με ζεστή κόλλα.
4. Στη συνέχεια ετοιμάσαμε 3x114 = 442 σύρματα, δηλαδή κόβουμε σε μήκος, αφαιρούμε τα άκρα και τα κονσερβοποιούμε. Το μήκος κάθε σύρματος ήταν 10 cm το καθένα εκτός από τα σύρματα που συνδέουν το τελευταίο γράμμα με τις κουκκίδες το οποίο πρέπει να είναι μεγαλύτερο (~ 25 cm). Επίσης τα καλώδια που συνδέονται με το πρώτο γράμμα που θα συνδεθούν με το arduino και το τροφοδοτικό θα πρέπει να είναι μακρύτερα.
5. LED με αλυσίδα Diasy χρησιμοποιώντας καλώδια. Τα καλώδια τροφοδοτούνται από τις οπές στην τρισδιάστατη εκτυπωμένη πλάκα κάθε γραμματοκιβωτίου.
6. Το μπροστινό κάλυμμα του κουτιού με τα γράμματα ήταν προσαρτημένο με κόλλα
7. Τμήματα της γραμμικής σχάρας για τον ενεργοποιητή πρέπει να κολληθούν μεταξύ τους
8. Το γραμμικό ράφι συνδέεται στο πίσω μέρος του γραμματοκιβωτίου χρησιμοποιώντας κόλλα

Βήμα 6: Συναρμολόγηση των ενεργοποιητών

Και πάλι η συναρμολόγηση των ενεργοποιητών ήταν μια πολύ κουραστική διαδικασία που κράτησε πολύ καιρό.

1. Συνδέστε το σερβο σε τρισδιάστατο περίβλημα χρησιμοποιώντας τις βίδες που περιλαμβάνονται
2. Το στρογγυλό γρανάζι είναι στερεωμένο στο σερβο χρησιμοποιώντας το πλαστικό σταυρό που περιλαμβάνεται, αλλά πρώτα πρέπει να κόψετε το σταυρό για να σχηματιστεί και να στερεωθεί στο γρανάζι χρησιμοποιώντας εποξειδική.
3. Συνδέστε το γρανάζι στο σερβο χρησιμοποιώντας τη βίδα που περιλαμβάνεται
4. Πριν από την εισαγωγή της γραμμικής σχάρας, κάθε σερβιτόρα μηδενίστηκε στην ίδια θέση
5. Εισαγωγή της γραμμικής σχάρας με το γραμματοκιβώτιο
6. Εισαγωγή δύο εξάγωνων Μ2 στο περίβλημα της τρισδιάστατης εκτύπωσης, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για να στερεωθούν αργότερα στην πίσω πλάκα
7. Κλείστε το περίβλημα με τρισδιάστατο εκτυπωμένο κάλυμμα χρησιμοποιώντας τις βίδες αυτοεπιπεδώματος M2.2

Στο τέλος καταλήξαμε με ένα μεγάλο χοντρό χάος από ενεργοποιημένους αλυσοδεμένους ενεργοποιητές όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα

Βήμα 7: Δημιουργία της πλάκας

Η πίσω πλάκα κόπηκε με λέιζερ από ξύλο HDF πάχους 3 mm χρησιμοποιώντας κόπτη λέιζερ CO2 από τον τοπικό μας κατασκευαστικό χώρο. Στην αρχή δοκιμάσαμε κόντρα πλακέ, αλλά αποδείχθηκε ότι ήταν πολύ εύθραυστο για να υποστηρίξει το βάρος όλων των εξαρτημάτων. Θα ήταν ακόμη καλύτερο να χρησιμοποιείτε αλουμίνιο σε αυτή την περίπτωση, αλλά είναι φυσικά πιο ακριβό και δεν μπορεί να κοπεί με λέιζερ CO2. Επισυνάπτεται το αρχείο dxf για την πίσω πλάκα.

Βήμα 8: Συνδέστε εξαρτήματα στην πλάτη και την καλωδίωση

Αρχικά, οι πλακέτες PCA9685 θα πρέπει να στερεωθούν στην πίσω πλάκα χρησιμοποιώντας στάσεις PCB. Στη συνέχεια, η μονάδα Arduino nano και RTC μπορούν να τοποθετηθούν όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Για τα δύο τελευταία χρησιμοποιήσαμε υποδοχές τρισδιάστατης εκτύπωσης που ήταν προσαρτημένες με θερμή κόλλα. Τα εξαρτήματα συνδέθηκαν όπως φαίνεται στο διάγραμμα καλωδίωσης. Σημειώστε ότι είναι καλύτερο να τροφοδοτείτε κάθε PCA9685 ξεχωριστά μέσω του μπλοκ ακροδεκτών. Αρχικά αλυσοδέσαμε επίσης τους συνδέσμους V+ και GND και συνδέσαμε μόνο το τερματικό μπλοκ της πρώτης πλακέτας (όπως προτείνεται στη σελίδα του adafruit), ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση όλο το ρεύμα περνάει από τον πρώτο πίνακα και καταλήξαμε να κάψουμε το MOSFET του κυκλώματος αντίστροφης προστασίας. Επισυνάπτεται επίσης ένα φύλλο που δείχνει την καλωδίωση των servos. Καλώδια επέκτασης για τα servos όπου χρησιμοποιούνται όποτε χρειάζεται. Σημειώστε ότι πρέπει να αντιστοιχίσετε διαφορετικές διευθύνσεις I2C σε κάθε PCA9685 όπως εξηγείται στη σελίδα adafruit.

Οι ενεργοποιητές στη συνέχεια συνδέθηκαν με την πίσω πλάκα χρησιμοποιώντας βίδες 228x Μ2. Το έργο ήταν και πάλι πολύ μονότονο αλλά αφού τελείωσε το ρολόι είχε ήδη αρχίσει να παίρνει μορφή. Προσπαθήσαμε επίσης να οργανώσουμε τα σερβο καλώδια όσο το δυνατόν καλύτερα, αλλά τελικά η καλωδίωση ήταν ακόμα πολύ ακατάστατη.

Η τροφοδοσία τροφοδοτείται τροφοδοτώντας το καλώδιο DC μέσω της πλάκας και συνδέοντάς το σε ένα τερματικό μπλοκ.

Βήμα 9: Επισύναψη Backplate στο Frame

Αφού τοποθετηθούν όλα τα εξαρτήματα και οργανωθούν τα καλώδια, συνδέσαμε την πίσω πλάκα στο πλαίσιο χρησιμοποιώντας βίδες M4 6x. Δυστυχώς, αφήσαμε πολύ λίγο χώρο για να χωρέσουν όλα τα καλώδια, οπότε έπρεπε να συμπιεστούν λίγο.

Βήμα 10: Βαθμονόμηση των Servos

Δεδομένου ότι το ύψος όλων των γραμματοκιβωτίων ήταν ελαφρώς διαφορετικό μετά την τοποθέτηση, χρησιμοποιήσαμε τον συνημμένο κώδικα για να βαθμονομήσουμε όλα τα σερβίς, έτσι ώστε τα γραμματοκιβώτια να έχουν τις ίδιες ελάχιστες και μέγιστες θέσεις. Για τη μέγιστη θέση προσπαθήσαμε να τοποθετήσουμε το γραμματοκιβώτιο όσο το δυνατόν πιο κοντά στην οθόνη. Οι βαθμονομημένες θέσεις min/max για κάθε σερβο στη συνέχεια εισάγονται στον κύριο κωδικό.

Βήμα 11: Μεταφόρτωση του κώδικα

Επισυνάπτεται ο κύριος κώδικας για τη λέξη ρολόι. Υπάρχουν τρία είδη εφέ για την εμφάνιση της ώρας.

1. Μετακινήστε γρήγορα όλα τα γράμματα προς τα πίσω (το ένα μετά το άλλο) και ελαφριά LED με ίσο τυχαίο χρώμα. Στη συνέχεια, μετακινήστε γρήγορα γράμματα που εμφανίζουν το χρόνο μπροστά το ένα μετά το άλλο και ανάβουν κάθε λέξη σε τυχαίο χρώμα.
2. Μετακινήστε γρήγορα όλα τα γράμματα προς τα πίσω (το ένα μετά το άλλο) και ελαφριά LED με ίσο τυχαίο χρώμα. Μετακινήστε αργά κάθε λέξη που εμφανίζει την ώρα μπροστά (όλα τα γράμματα ταυτόχρονα) και ξεθωριάστε το χρώμα από το χρώμα του φόντου σε μια τυχαία τιμή.
3. Μετακινήστε γρήγορα όλα τα γράμματα σε τυχαία θέση (το ένα μετά το άλλο) και φωτεινές λυχνίες LED με διαφορετικό τυχαίο χρώμα. Στη συνέχεια, μετακινήστε αργά όλα τα γράμματα προς τα πίσω και ξεθωριάστε το χρώμα. Συνεχίστε με 1. ή 2.

Wantedθελα επίσης να εφαρμόσω ένα εφέ όπου η κουκκίδα που δείχνει το τρέχον λεπτό κινείται σταδιακά προς τα εμπρός και ξεθωριάζει, έτσι ώστε να βρίσκεται στην μπροστινή θέση με το σωστό χρώμα όταν τελειώσει το λεπτό. Δυστυχώς, δεν το πήρα ακόμα σε λειτουργία γιατί φαίνεται να κάνει τον δέκτη IR να μην ανταποκρίνεται.

Βήμα 12: Προσάρτηση της οθόνης

Στην αρχή θέλαμε να χρησιμοποιήσουμε λευκό ύφασμα ως οθόνη. Το πρόβλημα ήταν ότι μετά την τοποθέτησή του στο πλαίσιο το ύφασμα έσκυψε στο κέντρο και καταλήξαμε σε παραμόρφωση του μαξιλαριού. Στη συνέχεια, αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε ένα λεπτό λευκό φύλλο PVC για την οθόνη. Το αλουμινόχαρτο διαφημίζεται επίσης για την κατασκευή αποχρώσεων λαμπτήρων, ώστε να έχει λογική μετάδοση, αλλά δεν είναι διακριτικό, έτσι ώστε τα μαύρα γραμματοκιβώτια να παραμένουν κρυμμένα. Στην πρώτη μας δοκιμή συνδέσαμε το αλουμινόχαρτο χρησιμοποιώντας εποξειδικό, αλλά δεν κόλλησε πολύ καλά, έτσι μεταπηδήσαμε σε θερμή κόλλα. Προσέξτε όμως ότι αν η κόλλα είναι πολύ ζεστή μπορεί να λιώσει το αλουμινόχαρτο. Η περίσσεια φύλλου αφαιρέθηκε με ένα μαχαίρι ακριβείας.

Βήμα 13: Προσάρτηση του επάνω και του κάτω καλύμματος

Τέλος, τα καλύμματα από χρωματισμένο ξύλο προσαρτήθηκαν στο πάνω και στο κάτω μέρος. Το σκούρο χρώμα κάνει μια ωραία αντίθεση με τη λευκή οθόνη. Ο δέκτης IR τροφοδοτήθηκε μέσω της οπής στην πίσω πλάκα και στερεώθηκε στο επάνω κάλυμμα με θερμή κόλλα.

Βήμα 14: Τελειωμένο ρολόι και περίληψη

Μετά από δύο μήνες εντατικής εργασίας, το ρολόι τελείωσε και λειτούργησε. Γενικά είμαστε πολύ ευχαριστημένοι με το αποτέλεσμα. Η μετακίνηση των γραμμάτων πίσω από την οθόνη σε συνδυασμό με την αλλαγή των χρωμάτων των LED παράγει πολύ δροσερά εφέ. Τελικά τα γράμματα δεν ευθυγραμμίστηκαν τέλεια και η οθόνη δεν ήταν 100% επίπεδη αλλά αυτό το κάνει σχεδόν να φαίνεται ακόμα πιο ωραίο. Σίγουρα υπάρχουν πράγματα που μπορούν να βελτιωθούν, αλλά δεν νομίζω ότι θα υπάρξει έκδοση 2.0 λόγω της μνημειώδους προσπάθειας αυτής της κατασκευής, εκτός αν την επόμενη φορά αναθέσουμε την παραγωγή στην Κίνα.

Αν σας αρέσει αυτή η κατασκευή και καταφέρατε να μετακινηθείτε προς τα κάτω μέχρι κάτω, ψηφίστε μας στον Διαγωνισμό Epilog.

Πρώτο Βραβείο στον Διαγωνισμό Epilog X