Lineaire klok (MVMT 113): 13 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Fusion 360-projecten »

Wat Deepak Chopra je ook vertelt, tijd is lineair. Hopelijk staat deze klok iets dichter bij de werkelijkheid dan de ronde klokken die we allemaal gewend zijn. De intervallen van vijf minuten voelen minder neurotisch aan dan tot op de minuut nauwkeurig te zijn, en elk getal wordt vergroot om je eraan te herinneren dat je je op het heden moet concentreren.

Ik heb dit gemaakt met zowat elke machine op Pier 9 (waterjet, zandstraalmachine, lasersnijder, 3D-printer, elektronicalab, enz.). Het is gemaakt van 6061 aluminium, stalen hardware (schroeven, moeren, lagers), 3D-geprinte tandwielen, een Arduino Uno, en de uur- en minutenpanelen zijn lasergesneden / geëtst multiplex.

Natuurlijk weet ik dat dit project niet toegankelijk is voor bijna iedereen die niet het waanzinnige geluk heeft toegang te hebben tot een winkel als deze, maar hopelijk vind je het inspirerend.

Fusion 360 is gratis voor studenten en hobbyisten, en er is veel educatieve ondersteuning. Als je het soort werk dat ik doe, wilt leren 3D-modelleren, denk ik dat dit de beste keuze op de markt is. Klik op onderstaande links om u aan te melden:

Student/docent

Hobbyist/opstarten

Ik leidde ook een reeks webinar-lessen met betrekking tot 3D-modelleringsprojecten met bewegende delen. In deze webinars leert u Fusion 360-functies zoals geavanceerde mechanische assemblages (wat betekent dat twee of meer verbindingen op elkaar inwerken) en rendering. Het laatste webinar was gericht op het modelleren van dit klokontwerp in Fusion 360. Je kunt de hele video hier bekijken:

Als je geïnteresseerd bent, bekijk dan de andere twee webinars in deze serie waar je leert een gigantische knoplamp en een eeuwigdurende klok te ontwerpen met Arduino.

Stap 1: 507 mechanische bewegingen

507 Mechanical Movements is een encyclopedie van veelvoorkomende mechanismen uit de jaren 1860 die als een goede referentie voor dit soort dingen dient. Dit mechanisme is gebaseerd op beweging 113, "Rack and Pinion". Dit wordt een lang project, dus als je een specifiek mechanisme hebt dat ik wil maken, kun je een verzoek indienen in de comments!

Stap 2: Ontwerp & 3D-model

De video hierboven is een opname van een webinar die ik deed voor het ontwerp van tandheugel en rondsel van het project.

Het moeilijkste onderdeel van het ontwerp om uit te vinden was de tandheugel en het rondsel. De wiskunde voor het ontwerp van versnellingen kan behoorlijk ingewikkeld worden (in feite zijn er ingenieurs die om deze reden eigenlijk alleen versnellingsassemblages ontwerpen), maar op basis van een geweldige YouTube-tutorial van Rob Duarte, heb ik mijn eigen sjabloon gemaakt die werkt met de nieuwste versie van de Spur Gear-invoegtoepassing voor Fusion.

De video hierboven leidt je door het proces van het maken van de tandheugelassemblage, maar als je een meer grondige tutorial wilt, neem dan deel aan het Design Now Hour Of Making in Motion webinar op 5 april. Als je het webinar mist, is het ' Het wordt opgenomen en ik zal de video hier plaatsen.

In de sjabloon (link hieronder) zijn alle hierboven getoonde parameters al ingevoerd. Ik zal hier niet ingaan op de wiskunde, maar als je de instructies volgt, zou het voor jou moeten werken.

Gebruik de Spur Gear-invoegtoepassing door naar ADD-INS> Scripts en invoegtoepassingen …> Spur Gear> Uitvoeren te gaan. Wanneer u het bovenstaande venster krijgt, voert u de parameters in. Met Number of Teeth kunt u geen parameter voor de waarde gebruiken, dus zorg ervoor dat deze overeenkomt met de tandenNum-waarde als u deze wijzigt. U moet ook de genoemde parameters met 1 vermenigvuldigen, zoals hierboven weergegeven.

Houd er rekening mee dat zodra de uitrusting is gemaakt, u deze net als elk ander object in Fusion kunt bewerken.

Zoals te zien is in de videodemo, is dit een voorbeeld van hoe u een tandprofiel zou maken met behulp van de parameters.

Hier zijn de links naar de sjabloon die u kunt gebruiken om uw eigen tandheugel in Fusion te maken:

Sjabloon met parameters:

Nadat de tandheugel was uitgezocht, besteedde ik veel tijd aan het modelleren van motoren, schakelaars en andere elektronische onderdelen en het uitzoeken van alle details. Met de hierboven beschreven bewegingslink kon ik een goed beeld krijgen van hoe het er in beweging uit zou zien.

Je kunt het bestand openen via de onderstaande link en ermee spelen of zelfs proberen je eigen versie van het bestand te maken. Er was nogal wat gesleuteld en aangepast nadat de onderdelen waren gemaakt, dus verwacht niet dat je alle onderdelen kunt lasersnijden en een afgewerkt product hebt. Dit project was duur en nam veel tijd in beslag! Als je echt serieus bent om het te maken en hulp nodig hebt, kun je hieronder een reactie plaatsen en ik zal mijn best doen om je op weg te helpen.

Afgewerkt klokontwerp:

Als je nog geen Fusion 360-gebruiker bent, meld je dan aan voor mijn gratis 3D Printing Class. Het is een spoedcursus Fusion om te maken, en les 2 bevat alle informatie die je nodig hebt om Fusion gratis te krijgen.

Stap 3: UPDATE 1/12/2020

Na het maken van het eerste prototype begon ik opnieuw met enkele verbeteringen aan het ontwerp. Een van mijn collega's van het elektronicateam ontwierp een aangepast circuit om de motoren aan te drijven, en er zijn magnetische sensoren die de positie helpen detecteren (geïndexeerd door magneten die in de rails passen).

Alle componenten in het model hebben onderdeelnummers, de meeste zijn van McMaster Carr of DigiKey. Dit is een veel beter ontwerp omdat het het rekkenprobleem door het gewicht van de rail bij volledig uitgeschoven toestand vermijdt, en omdat de magneetsensorindexering zorgt voor de juiste positie elke keer dat de motoren bewegen.

Complete Fusion 360-assemblage:

Stap 4: Hardware

• Panelen: 6 mm dik 6061 aluminium (vermoedelijk zou multiplex ook werken)
• Nummerpaneel: 3 mm multiplex
• Arduino Uno:
• Adafruit Motor Shield:
• 5V-stappenmotoren: https://www.adafruit.com/products/858 (ik zou aanraden om 12V-motoren te gebruiken in plaats van deze)
• Eindschakelaars (4):
• Momentschakelaars (2):

Stap 5: Elektronica en programmering

De elektronica is allemaal gedaan met een Arduino Uno en een Adafruit Motor Shield.

Hier is het basisidee van hoe ik wil dat het werkt:

1. Wanneer de unit is ingeschakeld, laten de steppers de rekken teruglopen totdat de eindschakelaars aan de linkerkant worden geactiveerd. Hiermee wordt de positie op nul gezet. De steppers laten de rekken vervolgens naar voren lopen totdat 1 gecentreerd is op het uurpaneel en 00 is gecentreerd op het minutenpaneel.
2. Zodra het uur en de minuut zijn gecentreerd, gaan de rekken vooruit in de tijd. Elke 5 minuten beweegt een volledige positie op volle snelheid op de bodem en elk uur een volledige positie op de top.
3. De momentschakelaars (pinnen 6-7) om de rekken een positie naar voren te verplaatsen (ongeveer 147 stappen), en ga dan verder met het tellen van de klok.
4. De uur- en minutenbewegingen hebben tellers die de balken terugsturen naar de linker limietschakelaars en ze op nul resetten zodra het uur voorbij de 12 is en de minuten voorbij de 55 zijn.

Het is mij nog steeds niet duidelijk wat ik precies met de code moet doen. Ik heb het in theorie werkend met de onderstaande code van Randofo. Deze code verplaatst de minutenbalk elke 200 ms (denk ik) een stap vooruit zodra een van de eindschakelaars wordt geactiveerd. Het werkt, maar ik ben vrij snel uit mijn diepte voorbij het basiswerk dat ik hier heb gedaan. Dit lijkt een vrij eenvoudig probleem voor een slimme Arduino-gebruiker, maar ik doe misschien maar één keer per jaar een project met één, en elke keer dat ik dat doe, ben ik eigenlijk alles vergeten wat ik in het laatste project heb geleerd.

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

Motor Shield Stepper Demo door Randy Sarafan

Voor meer informatie zie:

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

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

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

// Maak het motor shield-object met het standaard I2C-adres

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield(); // Of maak het met een ander I2C-adres (bijvoorbeeld voor stapelen) // Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield (0x61);

// Sluit een stappenmotor aan met 200 stappen per omwenteling (1,8 graad)

// naar motorpoort #2 (M3 en M4) Adafruit_StepperMotor *myMotor1 = AFMS.getStepper(300, 1); Adafruit_StepperMotor *mijnMotor2 = AFMS.getStepper(300, 2);

int vertragingslengte = 7;

ongeldige setup() {

//start seriële verbinding Serial.begin (9600); //configureer pin2 als een ingang en schakel de interne pull-up-weerstand pinMode (2, INPUT_PULLUP) in;

// Serieel.begin (9600); // stel seriële bibliotheek in op 9600 bps

Serial.println ("Stappentest!");

AFMS.begin(); // creëren met de standaard frequentie 1.6KHz

//AFMS.begin(1000); // OF met een andere frequentie, zeg 1KHz myMotor1->setSpeed(100); // 10 toeren }

lege lus(){

// lees de drukknopwaarde in een variabele int sensorVal = digitalRead (2); sensorVal == LAAG; int vertragingL = 200; if (sensorVal == LAAG) { Serial.println ("Minuten ++"); //myMotor1->step (1640, ACHTERUIT, DUBBEL); for (int i=0; i step(147, BACKWARD, DOUBLE); //analogWrite(PWMpin, i); delay(delayL); } Serial.println("Hours ++"); myMotor1->step (1615, VOORUIT, DUBBEL);

//myMotor2->step (1600, ACHTERUIT, DUBBEL);

myMotor2->stap (220, VOORUIT, DUBBEL); //vertraging (vertragingL); } anders {

//Serial.println ("Dubbele spoelstappen");

myMotor1->stap (0, VOORUIT, DUBBEL); myMotor1->stap (0, ACHTERUIT, DUBBEL); } }

Stap 6: Monteer de basis

De basis is gemaakt van twee platen met afstandhouders die ze bij elkaar houden. De schroeven worden door getapte gaten aan de plaat bevestigd. Onderdeelnummer 6 op deze tekening is een ander 3D-geprint onderdeel - een afstandhouder die ook een houder is voor de voedingsaansluiting voor de stappenmotoren.

Stap 7: Momentaire schakelaars toevoegen

De momentschakelaars, Arduino en eindschakelaars worden allemaal op de voorplaat bevestigd, dus toegang tot de elektronica om wijzigingen aan te brengen is eenvoudig - haal gewoon de achterplaat eraf en u kunt alles bereiken.

Stap 8: Montageplaat en eindschakelaars toevoegen

De montageplaat bevat de eindschakelaars en het lagersamenstel voor de tandheugels. Dit onderdeel kan ook bij elkaar blijven bij het bewerken van de elektronica.

Stap 9: Stappenmotoren en tandwielen toevoegen

De stappenmotoren worden met M4-schroeven door schroefdraadgaten aan het paneel bevestigd en de 3D-geprinte tandwielen worden met een perspassing op de motorposten geperst. Ik heb een trekkerklem gebruikt om ze strak en gelijk te krijgen.

Stap 10: rekken toevoegen

De rekken zijn voorzien van sleuven die op de twee kogellagers rusten. Er is een kleine opening (0,1 mm) tussen de lagers en de sleuven, waardoor het rek vrij kan bewegen.

De lagers zijn ingeklemd tussen op maat gemaakte 3D-geprinte afstandhouders om de exacte pasvorm te krijgen die ik nodig had. Aan de voorkant bevindt zich een rekplaat die fungeert als een ring die de rekken op hun plaats houdt.

Stap 11: uren- en minutenbalken toevoegen

De uren- en minutenstaven worden aan de rekken bevestigd met afstandsstukken van 12 mm die een opening creëren die ruimte tussen de staven en de rekken mogelijk maakt.

Stap 12: Vergrootglazen toevoegen

De loepen zijn goedkope zakvergrootglazen die ik op Amazon heb gevonden. Ze zijn verschoven vanaf de voorkant van de staven met afstandhouders van 25 mm.

Stap 13: geleerde lessen

Ik heb veel geleerd over lineaire beweging met dit project. De tolerantie die ik gebruikte tussen de lagers en sleuven op de rekken was een beetje te groot, dus als ik het opnieuw zou maken, denk ik dat ik het waarschijnlijk zou halveren. Het gat aan de zijkanten van de gaten was ook iets te groot.

De motoren werken, maar hoe langer de cantilever wordt, hoe meer ze moeten werken. Ik zou waarschijnlijk gaan met 12V steppers in plaats van 5V degenen.

De speling had ook groter moeten zijn, misschien 0,25 mm. De tandwielen zaten te strak op de rekken met de eerste versnellingen die ik probeerde.