Κινητικές μηχανές: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Τα Motion Machines παρέχουν μια παιχνιδιάρικη εισαγωγή στην κίνηση, τον μηχανισμό και τη ρομποτική. Τα κιτ αποτελούνται από σώμα από κόντρα πλακέ κομμένο με λέιζερ και απλά χύδην μέρη, όπως κινητήρες με αργό κιβώτιο ταχυτήτων, πλαστικά πακέτα μπαταριών και διακόπτες. Οι εκπαιδευόμενοι μπορούν να πειραματιστούν με την αλλαγή του μεγέθους και του σχήματος των εξαρτημάτων κοπής με λέιζερ και την αλλαγή της κατεύθυνσης των κινητήρων για να δημιουργήσουν bots που περιστρέφονται, σκουπίζουν και σπρώχνουν.

Αυτός ο οδηγός είναι ένα τραχύ σχέδιο! Συνεχίζουμε να αναπτύσσουμε αυτό το παιχνιδιάρικο εργαλείο για εξερεύνηση. Μη διστάσετε να αναμίξετε τα σχέδια και να μας πείτε τι καταλήγετε καθώς πειραματίζεστε στο μουσείο, την τάξη, το χώρο εργασίας ή το τραπέζι της κουζίνας σας.

Βήμα 1: Συγκέντρωση υλικών και εργαλείων

Αγοράστε ή συλλέξτε τα ακόλουθα υλικά:

2 μπαταρίες 1xAA

2 διακόπτες DPDT τριών θέσεων

2 κιβώτια ταχυτήτων DAGU χόμπι (ορθή γωνία)

2 κόμβοι τρισδιάστατης εκτύπωσης

2ft x 4ft κοινό υπόστρωμα 5mm φύλλο Lauan για σώματα κομμένα με λέιζερ

4 #8-32 καρύδια

4 βίδες μηχανής 4 #8-32 x 1 1/2in

6 #2 x 3/8 βίδες για διακόπτες και διανομείς

2 #8 1/8 σε ξύλινες βίδες για μπαταρίες

μαύρο και κόκκινο καλώδιο #26 AWG

Συλλέξτε τα ακόλουθα εργαλεία:

Κόφτης καλωδίων

Wire Stripper

Συγκολλητικό σίδερο

Πυροβόλο θερμό κόλλα

Κατσαβίδι κεφαλής Philips

Πένσα μύτης βελόνας

Θα χρειαστείτε επίσης πρόσβαση σε έναν κόφτη λέιζερ και έναν εκτυπωτή 3D. Χρησιμοποιήσαμε ένα Prusa i3 MX2 για τον τρισδιάστατο εκτυπωτή και ένα λέιζερ EXLAS από μηχανήματα Jinan XYZ (αμφότερα στο Ace Monster Toys Makerspace στο Όκλαντ.

Βήμα 2: Κάντε λέιζερ τα σώματα

Χρησιμοποιήστε λογισμικό εικονογράφησης και κόπτης λέιζερ για να εισαγάγετε το συνημμένο αρχείο motionmachinebodies.dxf και κόψτε τα σώματα σύμφωνα με τις ρυθμίσεις του κόπτη λέιζερ.

Εάν δεν έχετε πρόσβαση σε κόφτη λέιζερ, μπορείτε να κόψετε δύο τετράγωνα 4 ίντσες με 4 ίντσες του φύλλου lauan. Στη συνέχεια, ανοίξτε τρύπες 3/16 ιντσών στις γωνίες (ευθυγραμμισμένες στα δύο φύλλα) και δύο 0,35 σε x 0,60 σε ορθογώνια στη μέση (για τους διακόπτες).

Βήμα 3: Τρισδιάστατη εκτύπωση των διανομέων σύνδεσης

Σχεδιάσαμε ένα ειδικό μέρος στο Tinkercad για να διευκολύνουμε τους μαθητές να δοκιμάσουν γρήγορα διαφόρων διαστάσεων τροχούς και να απαλλαγούν από την πίεση στον μικρό κινητικό άξονα.

Κατεβάστε το αρχείο motionmachinehub.stl και ανοίξτε το στο λογισμικό τρισδιάστατου εκτυπωτή σας. Καθώς εκτυπώνετε τους κόμβους των δύο τροχών, βεβαιωθείτε ότι έχετε δοκιμάσει ότι το εκτυπωμένο τμήμα είναι πρώτα σφιχτά στον άξονα του κινητήρα. Mayσως χρειαστεί να προσαρμόσετε το μέγεθος του εξαρτήματος για να βεβαιωθείτε ότι ταιριάζει στον κινητήρα.

Βήμα 4: Συνδέστε το κύκλωμα

Πάρτε κινητήρες, swich, μπαταρία, κόκκινο και μαύρο (ή οποιοδήποτε χρώμα δύο καλωδίων). Αφήστε στην άκρη έναν κινητήρα, διακόπτη και μπαταρία.

Κόψτε ένα κομμάτι κόκκινο σύρμα και ένα κομμάτι μαύρο σύρμα μήκους περίπου 3 ιντσών. Συνδέστε το κόκκινο καλώδιο στο κάτω αριστερό καλώδιο και το μαύρο καλώδιο στο κάτω δεξί καλώδιο του διακόπτη.

Πάρτε το άλλο άκρο του μαύρου σύρματος και στρίψτε μαζί με το εκτεθειμένο άκρο του μαύρου σύρματος από τη μπαταρία. Συγκολλήστε τα στριμμένα άκρα στο επάνω αριστερό καλώδιο του διακόπτη.

Πάρτε το άλλο άκρο του κόκκινου σύρματος και στρίψτε μαζί με το εκτεθειμένο άκρο του κόκκινου σύρματος από τη μπαταρία. Συγκολλήστε τα στριμμένα άκρα στο επάνω αριστερό καλώδιο του διακόπτη.

Συνδέστε ένα μαύρο και ένα κόκκινο σύρμα στα δύο καλώδια στο πίσω μέρος του κιβωτίου ταχυτήτων.

Συνδέστε το μαύρο καλώδιο από τον κινητήρα στο δεξιό μεσαίο καλώδιο και συνδέστε το κόκκινο σύρμα από τον κινητήρα στο αριστερό μεσαίο καλώδιο.

Τοποθετήστε μια μπαταρία στη θήκη και δοκιμάστε για να βεβαιωθείτε ότι ο κινητήρας πηγαίνει μπροστά, πίσω και σβήνει όταν ο διακόπτης βρίσκεται στη μεσαία θέση. Εάν δεν λειτουργεί, ελέγξτε για να βεβαιωθείτε ότι κανένα από τα καλώδια δεν αγγίζει στη μέση του διακόπτη. Σως χρειαστεί να λυγίσετε τα καλώδια προς τα έξω.

Επαναλάβετε αυτά τα βήματα για την άλλη πλευρά.

Βήμα 5: Επισυνάψτε στοιχεία στον πίνακα

Γυρίστε τον διακόπτη στο πλάι και περάστε τον μέσω της σανίδας. Ελέγξτε ότι ο κινητήρας κινείται στη σωστή κατεύθυνση πριν βιδώσετε διακόπτες στην επάνω πλακέτα με τις βίδες #2 x 3/8.

Κολλήστε θερμά τους κινητήρες στον πίνακα έτσι ώστε ο άξονας να βρίσκεται στο κέντρο του σώματος. Προσπαθήστε να μαζέψετε τα καλώδια τακτοποιημένα ή προσθέστε ένα κομμάτι ζεστής κόλλας ώστε να παραμείνουν στη θέση τους.

Χρησιμοποιήστε το 1/8 σε ξύλινες βίδες για να συνδέσετε τις μπαταρίες στο κέντρο του σώματος πάνω και κάτω από τους διακόπτες.

Συνδέστε τους κόμβους τρισδιάστατης εκτύπωσης στους άξονες και χρησιμοποιήστε τις βίδες #2 για να στερεώσετε το κομμάτι στο μηχάνημα.

Βήμα 6: Συνδέστε τα επάνω και τα κάτω στρώματα

Χρησιμοποιήστε τα παξιμάδια #8-32 και τις βίδες του μηχανήματος για να συνδέσετε την πάνω και την κάτω σανίδα μεταξύ τους. Η εφαρμογή πρέπει να είναι άνετη αλλά να μην ασκεί μεγάλη πίεση στο μηχάνημα.

Δοκιμάστε τα πάντα για να βεβαιωθείτε ότι λειτουργεί.

Βήμα 7: Κόψτε τροχούς

Χρησιμοποιήστε λογισμικό εικονογράφησης και κόπτης λέιζερ για να εισαγάγετε το συνημμένο αρχείο motionmachinewheels.dxf και κόψτε τα σώματα σύμφωνα με τις ρυθμίσεις του κόπτη λέιζερ.

Το σχήμα μπορεί να είναι λίγο δύσκολο να γίνει σωστό ανάλογα με τις ρυθμίσεις του λέιζερ σας. Δοκιμάστε τον πρώτο τροχό και, στη συνέχεια, ρυθμίστε το μέγεθος ώστε να ταιριάζει άνετα στον κόμβο του κινητήρα.

Εάν δεν έχετε πρόσβαση σε κόφτη λέιζερ, μπορείτε να παραλείψετε το κομμάτι με 3D εκτύπωση, να αγοράσετε τροχούς προκατασκευής στο Sparkfun και να κολλήσετε διαφορετικά σχήματα ή ανακυκλωμένα υλικά στη βάση.

Βήμα 8: Πειραματιστείτε με διαφορετικές κινήσεις

Συνδέστε τους τροχούς στο μηχάνημα και ενεργοποιήστε τους κινητήρες.

Μπορείτε να κάνετε τον πίνακα να ταξιδέψει σε ευθεία γραμμή;

Μπορείτε να κάνετε μικρούς ή μεγάλους κύκλους;

Μπορεί η μηχανή να μοιάζει σαν να χορεύει;

Μπορείτε να φτιάξετε ένα μηχάνημα που μπορεί να διασχίσει διαφορετικές επιφάνειες;

Σκεφτείτε τους τρόπους με τους οποίους η διάταξη των τροχών αλλάζει την προσωπικότητα των μηχανών.

Βήμα 9: Προσαρμόστε τις μηχανές σας

Αν θέλετε να προσθέσετε λίγη περισσότερη προσωπικότητα στους πίνακες σας, μπορείτε να βάψετε τα σώματα. Φτιάξαμε προσαρμοσμένα αυτοκόλλητα stencil χρησιμοποιώντας κόπτη βινυλίου Silhouette και βάψαμε τα σώματα με σπρέι.

Μη διστάσετε να προσθέσετε επιπλέον στοιχεία όπως δείκτες, κουδούνια, μάτια googley ή βραχίονες επέκτασης στα μηχανήματά σας. Αυτά τα remix και τα σχέδια χαρακτήρων μπορούν να προσθέσουν στοιχεία στην αφήγηση αυτής της δραστηριότητας.

Βήμα 10: Ανακατεύετε με τις μηχανές κίνησης στην τάξη

Σχεδιάσαμε αυτά τα στοιχεία για να είναι ένα φιλικό εργαστήριο με μαθητές σε ένα τοπικό σχολείο. Δοκιμάσαμε τους πίνακες με μαθητές από το νηπιαγωγείο έως την πέμπτη τάξη καθώς και στο East Bay Maker Faire. Νομίζουμε ότι αυτή η δραστηριότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο ως δραστηριότητα ανοιχτού τύπου κατά τη διάρκεια του ελεύθερου χρόνου όσο και να ενσωματωθεί σε μεγαλύτερο πρόγραμμα σπουδών ρομποτικής, ηλεκτρονικής ή προγραμματισμού ως πρώτο βήμα.

Όταν εργάζονται στο περιβάλλον της τάξης, δύο μαθητές μπορούν να μοιραστούν έναν πίνακα και να συνεργαστούν στις έρευνές τους. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να κρατούν ένα ημερολόγιο ή ένα ημερολόγιο για τα πειράματα που δοκιμάζουν. Αυτή η τεκμηρίωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σπορά συνομιλιών προβληματισμού.

Οργανώστε μια συλλογή από 20-30 διαμορφωμένους κόμβους διαφορετικού σχήματος που περιλαμβάνουν κύκλους, οβάλ, αστέρια και ακανόνιστα σχήματα στον κοινόχρηστο χώρο εργασίας. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να δοκιμάσουν διαφορετικούς συνδυασμούς διανομέων και κατευθύνσεων των κινητήρων.

Μπορείτε να δημιουργήσετε μια αρένα για να κινούνται οι μηχανές ή μια πορεία εμποδίων για να περάσουν. Πάρτε τα σε διαφορετικές επιφάνειες γύρω από το σχολείο σας και δείτε πώς λειτουργούν σε διαφορετικές επιφάνειες.

Αυτή η δραστηριότητα μπορεί να οδηγήσει σε περαιτέρω εμπειρίες τέχνης, επιστήμης και τεχνολογίας, όπως μηχανές σκαρίφημα που αναπτύχθηκαν από την ομάδα του Tinkering Studio και ακόμη και να είναι ένα χαμηλό όριο εισόδου στον προγραμματισμό με arduino ή microbit για να φτιάξουν χορευτικά ρομπότ ή στριφτές χελώνες.

Ενημερώστε μας αν χρησιμοποιείτε τις Κινητικές Μηχανές στο εκπαιδευτικό σας περιβάλλον. Ανυπομονούμε να δούμε πώς αυτή η ιδέα μπορεί να προσαρμοστεί και να αναμειχθεί για διαφορετικές ρυθμίσεις.

---

Ο χρόνος πρωτοτυπίας και η Ε & Α με τους μαθητές του Lodestar Charter School για αυτές τις μηχανές κίνησης κατέστη δυνατή μέσω της γενναιόδωρης υποστήριξης της επιχορήγησης Cognizant "Making the Future".