Πώς να φτιάξετε μια μηχανή Juggling Claude Shannon: 4 βήματα

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

Ο Claude Shannon ήταν ένας λαμπρός μηχανικός/μαθηματικός που δημιούργησε τη θεωρία πληροφοριών και μας ευλόγησε βασικά με τον ψηφιακό κόσμο. Ταν ζογκλέρ και μονόκυκλο και δημιούργησε την πρώτη μηχανή ζογκλέρ. Αποφάσισα να φτιάξω ένα μηχάνημα ζογκλέρ με βάση το σχέδιό του αν και δεν μας άφησε καμία προδιαγραφή για την κατασκευή του. Βλέποντας το βίντεο της μηχανής του και δύο άλλων μηχανημάτων πανεπιστημίου, κατέληξα σε μια μηχανή εργασίας. Θέλω να μοιραστώ τις προδιαγραφές του μηχανήματός μου με την ελπίδα ότι κάποιος με πραγματικές μηχανικές δεξιότητες θα κατασκευάσει μια πολύ πιο ωραία μηχανή εργασίας. Τώρα το μηχάνημα που έχτισα λειτουργεί εκπληκτικά καλά δεδομένου ότι είναι κατασκευασμένο από κυρίως σκουπίδια που είχα ξαπλώσει ή μέρη από άλλα έργα, έχει μια μικρή αντίδραση στο γρανάζι κινητήρα, είναι τοποθετημένο σε ένα πλαίσιο που απλώνεται σε μερικά σχολικά βιβλία στο πάτωμα και έχει έναν κινητήρα που μερικές φορές αποφασίζει να επιταχύνει ή να επιβραδύνει από μόνος του.

Παρακαλώ δείτε το βίντεο. Τα παρακάτω βήματα θα δείξουν τη βασική κατασκευή, τις προδιαγραφές και τον τρόπο ρύθμισης της δύναμης και της τοποθέτησης του βραχίονα ρίψης της μπάλας.

Παρατηρήστε επίσης στο βίντεό μου ξεκινώντας γύρω στις 0:40, οι μπάλες που αναπηδούν εντοπίζουν το σύμβολο του άπειρου. Ενδιαφέρων.

Προκαλώ οποιονδήποτε να κατασκευάσει μια πραγματικά όμορφα επεξεργασμένη μηχανή ζογκλέρ με μέταλλο ή ακόμα και τρισδιάστατη εκτύπωση. Έχω δει μερικά αιτήματα στο διαδίκτυο για ένα λειτουργικό μηχάνημα ζογκλέρ, αλλά κανείς δεν φαίνεται να έχει διαθέσιμο.

Μια άλλη επιλογή θα ήταν η προσομοίωση μιας μηχανής εργασίας στο Matlab ή κάποιου λογισμικού προσομοίωσης.

Αν κάποιος έχει κάποια γνώση για το πού βρίσκεται η μηχανή ζογκλέρ του Κλοντ Σάνον, θα το εκτιμούσα ιδιαίτερα. Λυπάμαι που δεν δημοσίευσε λεπτομέρειες για το σχέδιό του. Και μερικές φωτογραφίες του μηχανήματός του θα έλεγαν πολλά.

Τέλος, θέλω απλώς να εκφράσω ένα μεγάλο ευχαριστώ στον Claude Shannon για την παροχή της βάσης για τον ψηφιακό μας κόσμο.

Εδώ είναι ένα βίντεο του Κλοντ Σάνον και του μηχανήματός του: Ο Κλοντ Σάνον Τζόγκινγκ

Βήμα 1: Η βασική δομή μηχανής Juggling

Πλαίσιο: το πλαίσιο είναι μόνο μερικές σανίδες κοπής από μπαμπού που είναι σχετικά βαριές και μια καλή βάση για τα άλλα μέρη. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οτιδήποτε, αλλά να συνειδητοποιήσετε ότι μπορεί να χρειαστεί να μετακινήσετε λίγο τη βάση του κινητήρα.

Κύριο ρουλεμάν: το κύριο ρουλεμάν είναι ένας άξονας ποδηλάτου που στεγάζεται σε δύο βάσεις ρουλεμάν. Τα αγόρασα ξεχωριστά αλλά ταιριάζουν τέλεια και δεν υπάρχει απολύτως παιχνίδι. Μην πειράζετε ότι μπορείτε να νικήσετε αυτό το ρουλεμάν.

Κύριος βραχίονας κυπέλλου: Χρησιμοποίησα στύλους ψαρέματος από ανθρακονήματα για τον βραχίονα κυπέλλου. Χρησιμοποίησα ένα μικρότερο κομμάτι που ταιριάζει απόλυτα στον άξονα του ποδηλάτου και μετά το έγραψα εποξειδικά μέσα σε μια τρύπα στον κύριο βραχίονα του ποτηριού. Πολύ άκαμπτο και λειτουργεί τέλεια.

Φλιτζάνια: τα φλιτζάνια ή τα χέρια είναι απλώς ένας αφρός σφουγγαριού (αφρός συσκευασίας υπολογιστή) κολλημένος στο χαρτόνι τρίγωνο. Μέσα στο χαρτόνι υπάρχει ένα τρίγωνο βινυλίου κατασκευασμένο από ένα σημειωματάριο βινυλίου. Η σκληρότερη επιφάνεια του βινυλίου συγκρατεί και απελευθερώνει τη χαλύβδινη μπάλα πιο σταθερά από το χαρτόνι. Πιθανότατα μπορείτε να καταλάβετε καλύτερα κύπελλα, αλλά ήταν το μόνο που είχα γύρω μου. Σκέφτηκα ότι ίσως τα κουπιά πινγκ πονγκ θα λειτουργούσαν καλύτερα, αλλά είναι κάπως βαριά. Πρέπει να διατηρείτε τα φλιτζάνια ελαφριά όσο το δυνατόν περισσότερο.

Βάση κινητήρα: Τοποθετώ τον κινητήρα στον πίνακα μπαμπού με βάση στήριξης κινητήρα αλουμινίου. Θα πρέπει να το μετακινήσετε έτσι ώστε μια κινητή βάση να είναι ιδανική, αλλά δεν είχα έναν καλό τρόπο να το κάνω αυτό. Έτσι έπρεπε απλώς να τα ξεβιδώσω όλα, να τα μετακινήσω, να τα βιδώσω. Θέλει χρόνο. Αλλά το στήριγμα δεν είναι πολύ κρίσιμο - απλώς κρατήστε το κάτω από το σημείο που ο μακρύς βραχίονας κινητήρα είναι προσαρτημένος στον κύριο βραχίονα κυπέλλου.

Προσαρμογέας άξονα κινητήρα: χρειάζεστε κάποιο τρόπο για να συνδέσετε τον άξονα του κινητήρα στο βραχίονα. Βρήκα αυτούς τους προσαρμογείς 5mm που ήταν τέλειοι.

Μικρός βραχίονας κινητήρα: ο κοντός βραχίονας είναι ένα κομμάτι επίπεδου αλουμινίου. Εύκολο άνοιγμα οπών και πιθανότατα θα ανοίξετε αρκετές μέχρι να βρείτε το ιδανικό σημείο ρύθμισης.

Μεγάλος βραχίονας κινητήρα: δύο πόρπες (8mm) με ράβδο με σπείρωμα μεταξύ τους επιτρέπει καλή προσαρμογή. Θα περάσετε πολύ χρόνο προσαρμόζοντας αυτόν τον βραχίονα.

Βήμα 2: Προδιαγραφές

Υπάρχουν περίπου 9 κρίσιμα μήκη βραχίονα, σημεία σύνδεσης και άλλες προδιαγραφές που πρέπει να ληφθούν υπόψη για να λειτουργήσει αυτό το μηχάνημα. Στην πραγματικότητα υπολόγισα τις μεταθέσεις μόνο για τις πιθανές ρυθμίσεις που μπορώ να κάνω στο μηχάνημά μου και βγήκε σε περίπου 60, 000. Από αυτούς, δεν ξέρω πόσες θα λειτουργούσαν πραγματικά.

Κοιτάζοντας το παραπάνω διάγραμμα, θα εξηγήσω κάθε μέτρηση.

1. Η απόσταση ανάμεσα στις τσέπες των δύο φλυτζανιών (ή χεριών) στη θήκη μου είναι 54 εκατοστά. Η τοποθέτηση των δύο φλυτζανιών πολύ κοντά δεν θα αφήσει αρκετό χώρο για να αναπηδήσει η μπάλα και η τοποθέτησή τους πολύ μακριά θα αναπηδήσει τη μπάλα πολύ σύντομη για να πιάσει στο άλλο κύπελλο. Αλλά ο βραχίονας πρέπει να είναι ρυθμιζόμενος και το έκανα αυτό τοποθετώντας τα δύο κύπελλα σε δύο εσωτερικά τμήματα ψαρέματος που γλιστρούν μέσα στον μεγαλύτερο κύριο στύλο. Στη συνέχεια, κόλλησα ζεστά τα μικρότερα στη θέση τους.

2. Ο κινητήρας είναι προσαρτημένος σε δύο βραχίονες, έναν κοντό και έναν μακρύτερο. Ο μακρύτερος είναι προσαρτημένος στο βραχίονα στήριξης του κυπέλλου περίπου 7,3 cm από το κύριο ρουλεμάν στο οποίο περιστρέφεται ο κύριος βραχίονας κυπέλλου.

3. Το κύριο ρουλεμάν είναι περίπου 24 εκατοστά από το έδαφος ή την επιφάνεια στην οποία θα αναπηδήσει η μπάλα. Στην περίπτωσή μου προσθέτω ή αφαιρώ ένα σχολικό βιβλίο στο οποίο στηρίζεται το πλαίσιο του μηχανήματος. Δεν είναι ιδανική ρύθμιση. Πραγματικά το πλαίσιο πρέπει να είναι είτε πολύ βαρύ είτε προσαρτημένο στο πάτωμα με κάποιο τρόπο. Όταν το μηχάνημά μου λειτουργεί, στην πραγματικότητα χτυπάει λίγο και αυτό το είδος παιχνιδιού δεν είναι καλή ιδέα, καθώς επηρεάζει τον χρόνο λειτουργίας του μηχανήματος, 4. Η απόσταση από το κύριο ρουλεμάν στον άξονα του κινητήρα είναι περίπου 15 cm.

5. Η απόσταση από την κατακόρυφη ευθυγράμμιση του κύριου ρουλεμάν και του άξονα του κινητήρα είναι 10 cm. Αυτή η απόσταση δεν φαίνεται να είναι κρίσιμη.

6. Η απόσταση από τον άξονα του κινητήρα έως το σημείο στερέωσης του μακρύτερου βραχίονα στον βραχύτερο βραχίονα είναι 4,5 εκατοστά. Αυτός ο βραχίονας είναι κρίσιμος για τη ρύθμιση των υψηλότερων και χαμηλότερων σημείων και των δύο φλυτζανιών. Εάν χρειάζεστε τη μπάλα για να πεταχτεί πιο μακριά, τότε επιμηκύνετε την απόσταση στο κοντό χέρι. Εάν χρειάζεστε και τα δύο φλιτζάνια για να ρίξετε λιγότερο δυνατά, τότε συντομεύστε το.

7. Ο μακρύτερος βραχίονας κινητήρα είναι ίσως το πιο προσαρμοσμένο σημείο στο μηχάνημα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το έκανα εύκολα να προσαρμοστεί χρησιμοποιώντας δύο πόρπες στροφής και μια ράβδο με σπείρωμα. Είναι το μόνο σημείο στο οποίο μπορείτε να αλλάξετε διαφορικά τα κύπελλα ρίχνοντας ύψος και ισχύ. Με την επιμήκυνση αυτού του βραχίονα, το δεξί κύπελλο θα ανέβει ψηλότερα και θα πετάξει πιο μακριά, και το αριστερό χέρι θα κατέβει χαμηλότερα και θα ρίξει πιο κοντά. Συντομεύοντας αυτόν τον βραχίονα έχετε το αντίθετο αποτέλεσμα. Είναι το σημείο ρύθμισης ισοσταθμιστή για τα δύο κύπελλα.

Μερικές άλλες μεταβλητές συμβάλλουν στη σωστή λειτουργία του μηχανήματος. Το ένα είναι το μέγεθος της μπάλας. Χρησιμοποίησα μια χαλύβδινη σφαίρα 15 mm. Μια μικρότερη ή μεγαλύτερη μπάλα θα απαιτήσει αλλαγή όλων των άλλων μεταβλητών. Μια δεύτερη μεταβλητή είναι η ταχύτητα του κινητήρα. Θα χρειαστείτε ένα ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό ή έναν ελεγκτή κινητήρα για τον έλεγχο των στροφών του κινητήρα. Στην περίπτωσή μου χρησιμοποίησα ένα μεταβλητό κονδυλώματος τοίχου 12 volt.

Οι υπολογισμοί μου για τις μεταθέσεις ρυθμίσεων μηχανής:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (πολύ υψηλότερο από την αρχική μου εκτίμηση όπου έδωσα μόνο 3 πόντους προσαρμογής σε κάθε βραχίονα ή απόσταση) Δεν είμαι σίγουρος πόσα από αυτά θα λειτουργούσαν.

Βήμα 3: Μερικές συμβουλές προσαρμογής…

Μόλις κατασκευαστεί το μηχάνημα, είναι καιρός να λειτουργήσει. Ξεκίνησα προσπαθώντας απλά να πετάξω τη μία μπάλα και να την πιάσω από το άλλο κύπελλο. Ξεκινώ ρυθμίζοντας τις στροφές περίπου 80 στροφές. Η μπάλα πρέπει να πετιέται έτσι ώστε να βγαίνει προς τα πάνω και στη συνέχεια να πέφτει ακριβώς πριν από το κέντρο της μακριάς ράβδου κυπέλλου (ή του κύριου σημείου στερέωσης του εδράνου). Στη συνέχεια αναπηδά στο πάτωμα από την πλευρά που βρίσκεται πιο κοντά στο κύπελλο αλίευσης. Εάν η μπάλα πεταχτεί πολύ, πιθανότατα τα κύπελλα ανεβαίνουν πολύ ψηλά και πρέπει να χαμηλώσουν συντομεύοντας τα κοντά σημεία στερέωσης βραχίονα κινητήρα. Εάν η μπάλα δεν πετιέται αρκετά μακριά, τότε τα εξαρτήματα βραχίονα του βραχείου κινητήρα πρέπει να επιμηκυνθούν. Ένας άλλος τρόπος για να κάνετε αυτές τις προσαρμογές είναι να αλλάξετε το σημείο στερέωσης του μακρού βραχίονα στον κύριο βραχίονα κυπέλλου (βλέπε προδιαγραφή 2 στο προηγούμενο βήμα).

Εάν το ένα φλιτζάνι πετά την μπάλα πολύ μακριά και το άλλο δεν το πετάει αρκετά μακριά, τότε αντιμετωπίζετε αυτό το διαφορικό προσαρμόζοντας το μακρύ βραχίονα του κινητήρα. (βλέπε προδιαγραφή 7 στο προηγούμενο βήμα).

Σε κάποιο σημείο μπορεί να χρειαστεί να αυξήσετε ή να μειώσετε την απόσταση μεταξύ του κύριου ρουλεμάν και του δαπέδου για να αλλάξετε τον χρόνο παραμονής της μπάλας ή τον χρόνο που περνάει η μπάλα στον αέρα. Αυτό είναι όταν γίνεται πραγματικά τέχνη και όχι τόσο επιστήμη, οπότε πρέπει απλώς να παίξετε με αυτήν.

Ταχύτητα κινητήρα: το μηχάνημά μου λειτουργεί άριστα σε περίπου 80 σ.α.λ. Αυτό εξαρτάται επίσης από τις άλλες ρυθμίσεις, οπότε χρειάζεστε κάποιο τρόπο για να αλλάξετε τις στροφές του κινητήρα. Εάν οι στροφές είναι πολύ γρήγορες, τότε η μπάλα δεν έχει χρόνο να καθίσει στην τσέπη των κυπέλλων και απλώς αναπηδά μέσα στο κύπελλο και στη συνέχεια πετιέται άτακτα. Εάν οι στροφές είναι πολύ αργές, η μπάλα δεν πετιέται αρκετά μακριά ή το κύπελλο λήψης δεν είναι σε θέση να πιάσει την αναπηδήτρια μπάλα.

Αναπηδώντας επιφάνεια: χρειάζεστε μια επιφάνεια για να αναπηδήσετε την μπάλα. Χρησιμοποιώ το πάτωμα κεραμικών πλακιδίων στο διαμέρισμά μου επειδή μια χαλύβδινη μπάλα αναπηδά πολύ καλά πάνω του. Δοκίμασα το τύμπανο και δεν θα επέστρεφε αρκετά ψηλά (και ήταν πολύ θορυβώδες.)

Βήμα 4: Τελικές σημειώσεις…

Πρόκληση 1: κάποιος το κατασκευάζει σε μηχανουργείο χρησιμοποιώντας επαγγελματικά εργαλεία. Είχα μόνο ένα πριόνι και ένα τρυπάνι χειρός.

Πρόκληση 2: φτιάξτε ένα μικρό χρησιμοποιώντας 3D εκτυπωτή για να χρησιμοποιήσετε μπάλα 10 χιλιοστών. Αυτό θα ήταν ωραίο, αλλά δεν ξέρω ποια επιφάνεια αναπήδησης θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε εκτός από κεραμικό ή τσιμεντένιο δάπεδο.

Πρόκληση 3: μάθετε πού βρίσκεται η αρχική μηχανή ζογκλέρ του Κλοντ Σάνον και πείτε μας στους υπόλοιπους. Δημιουργήστε ένα βίντεο σε λειτουργία. Τουλάχιστον τραβήξτε φωτογραφίες από κοντά από λεπτομέρειες του μηχανήματός του. Το στόμα μου ποτίζει στην προοπτική.

Σημείωση: βρήκα την παραπάνω φωτογραφία του μηχανήματος Claude Shannons, η οποία είναι λίγο διαφωτιστική, αλλά όχι αρκετά λεπτομερής για να δείξει τις ιδιαιτερότητες των εξαρτημάτων βραχίονα και των εδράνων και το είδος του κινητήρα που χρησιμοποίησε. Δεν είμαι σίγουρος που τραβήχτηκε αυτή η φωτογραφία. MIT, το σπίτι του, Μίσιγκαν;

Πάνω από όλα να διασκεδάσετε και να ευχαριστήσετε τον Claude Shannon που μοιράστηκε τη λάμψη του!