Κινητή Γέφυρα: 10 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Είμαστε META_XIII, προερχόμενοι από το Πανεπιστήμιο του Michigan-Shanghai Jiao Tong University Joint Institute (JI). Αυτό το επιδεικτικό εγχειρίδιο έχει σχεδιαστεί για το σχεδιασμό μαθημάτων VG100, μια κινητή γέφυρα που ελέγχεται από το Arduino.

Η JI ιδρύθηκε από κοινού το 2006 από δύο κορυφαία πανεπιστήμια, το UM και το SJTU. Ο JI ηγείται της διεθνούς εκπαιδευτικής συνεργασίας στην Κίνα, με αμερικανικό και κινεζικό εκπαιδευτικό στυλ. Βρίσκεται στην πανεπιστημιούπολη Minhang του SJTU, νοτιοδυτικά στη Σαγκάη, όπου συγκεντρώνονται εταιρείες τεχνολογίας.

Υπάρχουν δύο προγράμματα μαθημάτων στο VG100, και τα δύο απαιτούν ανάλυση, προγραμματισμό και συνεργασία. Αυτό το μάθημα προετοιμάζει τους μαθητές να είναι μηχανικοί με 4 προσόντα που εκτιμά η JI, Διεθνοποίηση, Διεπιστημονική, Καινοτομία και Ποιότητα. Στον διαγωνισμό Project1, κάθε ομάδα θα πρέπει να κατασκευάσει "μια κινητή γέφυρα" με συγκεκριμένα υλικά και η απόδοση της γέφυρας την ημέρα του παιχνιδιού κάνει μεγάλη διαφορά στον βαθμό του μαθήματος.

Την ημέρα του παιχνιδιού, και οι 19 ομάδες πρέπει να έρθουν στο εργαστήριο στο κτίριο JI και να ολοκληρώσουν αρκετά μέρη δοκιμών. Το πρώτο μέρος είναι η δοκιμή λειτουργίας, όπου οι γέφυρες πρέπει να μπορούν να σταματήσουν τα αυτοκίνητα και μετά να ανοίξουν για να περάσει ένα πλοίο. Ολοκληρώσαμε με επιτυχία όλη τη διαδικασία και πήραμε το πλήρες σήμα. Το δεύτερο μέρος των δοκιμών είναι οι δοκιμές μεγέθους και φορτίου. Περισσότερες βαθμολογίες θα επιτευχθούν εάν η γέφυρα είναι ελαφρύτερη και καλύτερη αντοχή. Θα μπορούσαμε να αντέξουμε 1 κιλό σε μεταβλητές μορφής 2,83mm. Κατατάξαμε την 9η θέση όσον αφορά την Αισθητική και την 8η θέση στη δοκιμή βάρους.

Τελικά η γέφυρά μας πήρε το βαθμό 76,7, κατατάσσοντας την 4η.

Υπάρχει μια σύντομη έκδοση κανόνων που φαίνεται παρακάτω:

Α. Διαδικασία δοκιμής λειτουργίας

ένα. Ένα αυτοκίνητο Α μπορεί να περάσει τη γέφυρα.

σι. Όταν το Α βρίσκεται ακόμα στη γέφυρα, ένα μεγάλο πλοίο Γ πλησιάζει τη γέφυρα από κάτω.

ντο. Η γέφυρα μπορεί να ανιχνεύσει C και να σηκωθεί αφού το αυτοκίνητο A φύγει από τη γέφυρα για να περάσει το C από κάτω.

ρε. Αφού περάσει το C, η γέφυρα μπορεί να επιστρέψει στο φυσιολογικό σε 15 δευτερόλεπτα.

Β. Δοκιμή φορτίου

Μερικά μικρά βάρη θα τοποθετηθούν στη γέφυρα 100g περισσότερο κάθε φορά. Τα βάρη προστίθενται έως 1 κιλό ή έως ότου η εκτροπή φτάσει τα 4 mm και στη συνέχεια καταγράφονται τα δεδομένα.

Γ. Δοκιμή μεγέθους

Η συνολική μάζα της γέφυρας (συμπεριλαμβανομένου του τμήματος του κυκλώματος εκτός από τις μπαταρίες) θα καταγραφεί και θα συγκριθεί με άλλες ομάδες.

Σύνδεσμοι βίντεο: Κάντε κλικ εδώ για να απολαύσετε το βίντεο γεφυρών gameday!

Ελπίζουμε ότι η εισαγωγή μπορεί να σας αφήσει μια γενική εντύπωση για τη γέφυρά μας.

Βήμα 1: Διάγραμμα έννοιας

Βήμα 2: Ανάλυση

Ακολουθούν ορισμένες εξηγήσεις για τον υπολογισμό μας σχετικά με τις μεταβλητές σχήματος της γέφυρας, έτσι ώστε να μπορούμε να σχεδιάσουμε μια εξαιρετικά ελαφριά δομή που μπορεί να έχει μεγαλύτερο βάρος στη θεωρία.

Αυτό το μέρος περιλαμβάνει τη γνώση της ανάλυσης δύναμης και του ολοκληρωμένου. Ελπίζουμε ότι αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να κατανοήσετε την αρχή και να την εφαρμόσετε σε παρόμοιες καταστάσεις όταν χτίζετε τη γέφυρά σας.

Βήμα 3: Λίστα υλικών

** Δεν περιλαμβάνεται η τιμή της κόλλας ξύλου, των βαμβακερών συρμάτων, του χαρτιού με κερί και άλλων εργαλείων.

Ακολουθούν μερικοί υπερσύνδεσμοι για τα αντικείμενα που μπορείτε να αγοράσετε στο Taobao.

Arduino Uno （21,90

Breadboard （6,24

Καλώδια σύνδεσης (27,61)

Πίνακας οδήγησης μοτέρ L298N （10.43

Αισθητήρες υπερύθρων 2-30cm 3.3V-5V （31.00）

Micro Servo （8,81

Gear Motor （30,00

Ξύλινη σανίδα Balsa （402,5

Μπαταρία ξύλου Μπάλσα （232,06

Μαχαίρι （38,40

Μεντεσέ （12.76

Βήμα 4: Διάγραμμα κυκλώματος

Παρακάτω φαίνεται ένα σύντομο διάγραμμα κυκλώματος. Καλώδια με διαφορετικά χρώματα θα πρέπει να συνδέονται με αντίστοιχα στόμια λογικής. Όλα τα κόκκινα καλώδια σημαίνουν τροφοδοσία 9V. Όλα τα μαύρα καλώδια σημαίνουν το έδαφος. Το πράσινο σύρμα σημαίνει το πράσινο LED καθώς το ροζ σύρμα σημαίνει το κόκκινο LED.

Δύο Gear Motors, που έχουν 100 στροφές ανά δευτερόλεπτο, προσφέρουν την κύρια δύναμη για να σηκώσουν τη γέφυρα. Οδηγούνται από έναν φθηνό οδηγό κινητήρα, τον οδηγό κινητήρα L298N χωρίς πυρήνα.

Το Micro Servo έχει σχεδιαστεί για να γυρίζει ένα ραβδί που θα εμποδίσει ένα αυτοκίνητο να περάσει από τη γέφυρα όταν η γέφυρα έχει σηκωθεί. Θα μπορούσε να περιστραφεί κατά 90 μοίρες και να επιστρέψει στην αρχική του θέση.

Τέσσερις αισθητήρες υπερύθρων είναι απαραίτητοι για τον εντοπισμό του αυτοκινήτου και του πλοίου. Μπορούν να σας βοηθήσουν να αποφασίσετε πότε η γέφυρα πρέπει να σηκωθεί και να πέσει κάτω.

Όλη η διαδικασία που πληροί τις απαιτήσεις των δοκιμών λειτουργίας πρέπει να διεξάγεται ως εξής:

· Ο αισθητήρας 1 ανιχνεύει την προσέγγιση ενός αυτοκινήτου Α. Ο αισθητήρας 2 ανιχνεύει την προσέγγιση ενός πλοίου C. Στέλνουν τα σήματα στο Arduino έτσι ώστε το κόκκινο LED να εκπέμπει φως και το Micro Servo να γυρίζει το ραβδί για να σταματήσει ένα αυτοκίνητο Β.

· Ο αισθητήρας 3 ανιχνεύει την αναχώρηση του αυτοκινήτου Α. Στη συνέχεια, οι Gear Motors αρχίζουν να τρέχουν και σηκώνουν τη γέφυρα σε κατάλληλο ύψος για το πέρασμα του πλοίου Γ.

· Ο αισθητήρας 4 ανιχνεύει την αναχώρηση του πλοίου C. Στέλνουν τα σήματα στο Arduino. Μετά από ένα διάστημα 15 δευτερολέπτων, οι Gear Motors αρχίζουν να γυρίζουν προς τα πίσω και κατεβάζουν τη γέφυρα.

· Το Micro Servo επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση και η πράσινη λυχνία LED ανάβει το φως για να δείξει την άδεια να περάσει ένα αυτοκίνητο Β.

** Δώστε προσοχή ότι οι αισθητήρες υπερύθρων που χρησιμοποιούμε για να κατασκευάσουμε τη γέφυρά μας δεν είναι εντελώς ίδιοι με το διάγραμμα που φαίνεται παραπάνω. Επιλέγουμε ένα είδος φθηνότερου που μπορεί να είναι εξίσου χρήσιμο. Η εικόνα αυτού του είδους εμφανίζεται στη λίστα υλικών.

Βήμα 5: Κατασκευάστε το Deck

ένα. Κόψτε τέσσερις σανίδες 1m*120mm*3mm σε μήκος 50cm.

σι. Σχεδιάστε αρκετά ορθογώνια τρίγωνα σε απόσταση μεταξύ τους με μέγεθος 4 εκατοστά μήκος και 3 εκατοστά πλάτος. Κρατήστε ένα χώρο πλάτους 2 εκατοστών κάθε πλευράς και πλάτους 0,5 εκατοστών μεταξύ τριγώνων. Κόψτε αυτά τα τρίγωνα με μαχαίρια. ** Προσέξτε να μην σπάσετε την πλευρά.

ντο. Κολλήστε κάθε δύο σανίδες μαζί με κόλλα ξύλου. Στρώστε και κολλήστε ένα κομμάτι χαρτί από κερί και στις δύο πλευρές των καταστρωμάτων.

Βήμα 6: Κατασκευάστε πλαίσια

ένα. Κόψτε ξύλινες μπάλες 3mm σε 15cm 、 35cm και μήκος 38cm. Ρυθμίστε ελαφρώς τα άκρα τους στα κατάλληλα σχήματα για να χωρέσουν στο πλαίσιο χωρίς διάκενο. Κολλήστε τα μαζί. Στη συνέχεια, φτιάξτε 3 ακόμη πανομοιότυπα τρίγωνα.

σι. Κόψτε αρκετές ξύλινες πλάκες 3 χιλιοστών του κατάλληλου μεγέθους. Κολλήστε τα με τα (α) τρίγωνα ξύλου για να σχηματίσετε πολλά ισοσκελή ορθογώνια τρίγωνα διαφορετικών μεγεθών. (Αυτό το βήμα είναι για να αυξήσει την κάθετη σταθερότητα και ομορφιά του.)

ντο. Κόψτε και κολλήστε πολλά κομμάτια ξύλου 2mm στα συνδετικά μέρη για να τα ενισχύσετε.

ρε. Κόψτε αρκετές ξύλινες μπάλες 5 mm σε 23 cm. Ξεχωρίστε δύο (γ) τρίγωνα ξύλου με απόσταση 23εκ. Κολλήστε έξι κουβάρια ανάμεσα σε τρίγωνα. Βεβαιωθείτε ότι είναι ίσες αποστάσεις. Στη συνέχεια, φτιάξτε ένα άλλο πανομοιότυπο.

μι. Συνεχίστε να χρησιμοποιείτε ξύλινες βάσεις 5 mm κατάλληλου μεγέθους για να γεμίσετε το διάστημα μεταξύ (δ) έξι κουπών με παρόμοια τριγωνικά σχήματα. Κολλήστε τα μαζί. (d, e βήμα είναι να αυξήσουμε την πλευρική του σταθερότητα, η οποία υποτίθεται ότι δοκιμάστηκε αλλά ακυρώθηκε για κάποιους λόγους. Επομένως, αυτή η δομή είναι περιττή για τις απαιτήσεις.)

Βήμα 7: Συναρμολόγηση

ένα. Κολλήστε το κατάστρωμα με το πλαίσιο. Η ακμή ενός πλαισίου πρέπει να υπερβαίνει την άκρη του πίνακα, ενώ το άλλο ανασύρεται.

σι. Κόψτε μία (α) σανίδα σε μήκος 35 εκατοστά

Βήμα 8: Τελειότητα

ένα. Τρυπήστε τέσσερις μικροσκοπικές τρύπες στο ένα άκρο του σκάφους μήκους 35 εκατοστών. Τρυπήστε δύο αντίστοιχες τρύπες σε μια σανίδα μήκους 24 εκατοστών. Συνδέστε τα με μεντεσέ και βίδες.

σι. Κόψτε τέσσερα ξύλινα δοκάρια 8 χιλιοστών σε μήκος 15 εκατοστά. Τρυπήστε μια τρύπα σε κάθε μπαστούνι σε ύψος 12εκ. Κολλήστε δύο μπαστούνια σε κάθε σανίδα παράλληλα με απόσταση 18εκ. Στη συνέχεια κόψτε τέσσερα ξυλάκια 6 εκατοστών για να ενισχύσετε τους “πύργους”.

ντο. Κολλήστε μια δοκό στις δύο βάσεις.

ρε. Τρυπήστε δύο τρύπες στο ένα άκρο των δύο σανίδων. Περάστε τα βαμβακερά σύρματα μέσα από τις τρύπες στις σανίδες της γέφυρας και τις κάθετες βάσεις.

μι. Τρυπήστε έξι τρύπες στο τέλος και των δύο καταστρωμάτων για να βεβαιωθείτε ότι μπορούν να στερεωθούν στα στηρίγματα με βίδες.

Βήμα 9: Συνέλευση κυκλωμάτων

ένα. Κόψτε δύο κύβους ξύλου 2 εκατοστών και κολλήστε τους στην άκρη του αρθρωτού καταστρώματος στο τελευταίο βήμα. Στη συνέχεια, κολλήστε έναν κινητήρα Gear σε κάθε κύβο αντίστοιχα. Κολλήστε το άκρο του νήματος στον άξονα με 502.

σι. Κολλήστε δύο αισθητήρες υπερύθρων προς τα κάτω στις δύο εγκάρσιες δοκούς (a). Κολλήστε άλλους δύο αισθητήρες υπερύθρων και στις δύο πλευρές του πλαισίου, προσαρμόστε τους ώστε να είναι κατάλληλοι για τον εντοπισμό του πλοίου.

ντο. Κολλήστε ένα σερβο μικροϋπολογιστή σε μία από τις ράβδους στο κινητό τμήμα της γέφυρας. Στη συνέχεια κολλήστε ένα ξύλινο ραβδί σε αυτό ως πύλη φραγμού.

ρε. Κόψτε ένα μικρό μέρος ψωμιού και συνδέστε το με την άλλη μπάρα στο κινητό τμήμα της γέφυρας. Βάλτε ένα κόκκινο LED και ένα πράσινο LED στη μικρή σανίδα ψωμιού.

μι. Συνδέστε όλα τα καλώδια και δοκιμάστε επανειλημμένα για να διασφαλίσετε τη σκοπιμότητα του κώδικα Arduino.

Βήμα 10: Τελική προβολή συστήματος

Σας ευχαριστούμε που αναφερθήκατε στο εγχειρίδιό μας!

Ελπίζουμε ότι μπορεί να σας εμπνεύσει όταν σχεδιάζετε την κινητή γέφυρά σας.