Линейные часы (MVMT 113): 13 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Проекты Fusion 360 »

Что бы ни говорил вам Дипак Чопра, время линейно. Надеюсь, эти часы немного ближе к реальности, чем круглые, к которым мы все привыкли. Пятиминутные интервалы кажутся менее невротичными, чем точные до минуты, и каждое число увеличивается, напоминая вам о необходимости сосредоточиться на настоящем.

Я сделал это, используя почти все машины на пирсе 9 (гидроабразивный, пескоструйный аппарат, лазерный резак, 3D-принтер, лабораторию электроники и т. Д.). Он изготовлен из алюминия 6061, стальной фурнитуры (винты, гайки, подшипники), шестерен, напечатанных на 3D-принтере, Arduino Uno, а часовая и минутная панели сделаны из фанеры с лазерной резкой / травлением.

Конечно, я знаю, что этот проект недоступен почти для всех, кому не повезло иметь доступ к подобному магазину, но, надеюсь, он вас вдохновит.

Fusion 360 бесплатен для студентов и любителей, и на нем есть масса образовательной поддержки. Если вы хотите научиться 3D-моделированию той работы, которую выполняю я, я думаю, что это лучший выбор на рынке. Нажмите на ссылки ниже, чтобы зарегистрироваться:

Студент / педагог

Любитель / Стартап

Я также провел серию веб-семинаров, связанных с проектами 3D-моделирования с движущимися частями. На этих вебинарах вы познакомитесь с такими функциями Fusion 360, как расширенные механические сборки (то есть взаимодействующие два или более сустава) и рендеринг. Последний веб-семинар был посвящен моделированию этой конструкции часов в Fusion 360. Вы можете посмотреть все видео здесь:

Если вам интересно, посмотрите два других вебинара из этой серии, на которых вы научитесь проектировать лампу с гигантской ручкой и вечные часы с помощью Arduino.

Шаг 1: 507 механических движений

507 Mechanical Movements - это энциклопедия распространенных механизмов 1860-х годов, которая служит хорошим справочником по подобным вещам. Этот механизм основан на Движении 113, «Стойка и шестерня». Это будет долгий проект, поэтому, если у вас есть конкретный механизм, который вы хотите, чтобы я сделал, не стесняйтесь оставлять запросы в комментариях!

Шаг 2: Дизайн и 3D-модель

Видео выше - это запись вебинара, который я проводил для части проекта, посвященной конструкции зубчатой рейки и шестерни.

Самой сложной частью конструкции была реечная шестерня в сборе. Математика для проектирования шестерен может быть довольно сложной (на самом деле, есть инженеры, которые в основном проектируют только шестерни в сборе именно по этой причине), но на основе отличного учебника на Youtube Роба Дуарте я создал свой собственный шаблон, который работает с последней версией. надстройки Spur Gear для Fusion.

Видео выше проведет вас через процесс сборки стойки и шестерни, но если вы хотите получить более подробное руководство, присоединяйтесь ко мне на веб-семинаре Design Now Hour Of Making in Motion 5 апреля. Буду записывать и выложу видео здесь.

В шаблоне (ссылка ниже) все параметры, показанные выше, уже введены. Я не буду здесь вдаваться в математику, но если вы будете следовать инструкциям, это должно сработать для вас.

Используйте надстройку Spur Gear, перейдя в ADD-INS> Scripts and Add-Ins…> Spur Gear> Run. Когда вы увидите окно, показанное выше, введите параметры. Number of Teeth не позволит вам использовать параметр для значения, поэтому просто убедитесь, что он соответствует значению sizesNum, если вы его измените. Вы также должны умножить названные параметры на 1, как показано выше.

Имейте в виду, что после изготовления шестеренки вы можете редактировать ее, как и любой другой объект в Fusion.

Как показано в демонстрационном видео, это пример построения профиля зуба с использованием параметров.

Вот ссылки на шаблон, который вы можете использовать для создания собственной стойки и шестерни в Fusion:

Шаблон с параметрами:

После того, как реечная шестерня была разобрана, я потратил много времени на моделирование двигателей, переключателей и других электронных деталей, а затем на выяснение всех деталей. С помощью ссылки движения, описанной выше, я смог получить хорошее представление о том, как она будет выглядеть в движении.

Вы можете получить доступ к файлу по ссылке ниже и поэкспериментировать с ним или даже попытаться создать свою собственную версию из файла. После изготовления деталей потребовалось немало доработок и переделок, поэтому не ожидайте, что у вас будет возможность просто вырезать все детали лазером и получить готовый продукт. Этот проект был дорогостоящим и занял много времени! Если вы действительно серьезно относитесь к этому и вам нужна помощь, просто прокомментируйте ниже, и я сделаю все возможное, чтобы вы начали.

Готовый дизайн часов:

Если вы еще не являетесь пользователем Fusion 360, зарегистрируйтесь в моем бесплатном уроке 3D-печати. Это ускоренный курс по созданию Fusion, а в Уроке 2 есть вся необходимая информация, чтобы получить Fusion бесплатно.

Шаг 3: ОБНОВЛЕНИЕ 01.12.2020

После создания первого прототипа я начал с некоторых улучшений дизайна. Один из моих коллег из группы электроники разработал специальную схему для управления двигателями, и есть магнитные датчики, которые помогают определять положение (индексируются с помощью магнитов, запрессованных в направляющие).

Все компоненты модели имеют номера деталей, большинство из них McMaster Carr или DigiKey. Это намного лучшая конструкция, потому что она позволяет избежать проблем со стеллажом из-за веса рельса при полном выдвижении, а также потому, что индексирование магнитного датчика обеспечивает правильное положение каждый раз, когда двигатели двигаются.

Полная сборка Fusion 360:

Шаг 4: Оборудование

• Панели: алюминий 6061 толщиной 6 мм (предположительно, подойдет и фанера)
• Номерная панель: фанера 3мм
• Arduino Uno:
• Adafruit Motor Shield:
• Шаговые двигатели 5 В: https://www.adafruit.com/products/858 (я бы рекомендовал использовать вместо них двигатели 12 В)
• Концевые выключатели (4):
• Мгновенные переключатели (2):

Шаг 5: Электроника и программирование

Вся электроника сделана с помощью Arduino Uno и Adafruit Motor Shield.

Вот основная идея того, как я хочу, чтобы это работало:

1. Когда агрегат включен, шаговые двигатели отводят стойки назад до тех пор, пока не сработают концевые выключатели на левой стороне. Это устанавливает позицию в ноль. Затем степперы перемещают стойки вперед до тех пор, пока 1 не будет по центру на часовой панели, а 00 - по центру минутной панели.
2. Как только час и минута центрированы, стойки перемещаются вперед во времени. Полное положение перемещается снизу на полной скорости каждые 5 минут, а полное положение перемещается вверху каждый час.
3. Кратковременные переключатели (контакты 6-7) для перемещения стоек вперед на одно положение (около 147 шагов), затем продолжают отсчет часов.
4. Часовой и минутный движения имеют счетчики, которые отправляют столбцы обратно на левые концевые выключатели и сбрасывают их на ноль, когда час уже превышает 12, а минуты - 55.

Я до сих пор не понимаю, что именно мне нужно делать с кодом. У меня это работает теоретически с приведенным ниже кодом, полученным от Randofo. Этот код перемещает минутную шкалу на один шаг вперед каждые 200 мс (я думаю) после срабатывания одного из концевых выключателей. Это работает, но я довольно быстро теряю свою глубину после основной работы, которую проделал здесь. Это кажется довольно простой проблемой для опытного пользователя Arduino, но я делаю проект только с одним, может быть, раз в год, и каждый раз, когда я это делаю, я в основном забываю все, чему научился в прошлом проекте.

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

Демонстрация шагового двигателя Motor Shield от Рэнди Сарафана

Для получения дополнительной информации см.:

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

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

#include #include #include "Утилита / Adafruit_MS_PWMServoDriver.h"

// Создаем объект моторного щита с адресом I2C по умолчанию

Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield (); // Или создайте его с другим адресом I2C (например, для стекирования) // Adafruit_MotorShield AFMS = Adafruit_MotorShield (0x61);

// Подключаем шаговый двигатель с 200 шагами на оборот (1,8 градуса)

// в порт двигателя №2 (M3 и M4) Adafruit_StepperMotor * myMotor1 = AFMS.getStepper (300, 1); Adafruit_StepperMotor * myMotor2 = AFMS.getStepper (300, 2);

int delaylegnth = 7;

void setup () {

// запускаем последовательное соединение Serial.begin (9600); // настраиваем контакт 2 как вход и включаем внутренний подтягивающий резистор pinMode (2, INPUT_PULLUP);

// Serial.begin (9600); // настраиваем последовательную библиотеку на 9600 бит / с

Serial.println («Шаговый тест!»);

AFMS.begin (); // создаем с частотой по умолчанию 1,6 кГц

//AFMS.begin(1000); // ИЛИ с другой частотой, например 1 кГц myMotor1-> setSpeed (100); // 10 об / мин}

void loop () {

// считываем значение кнопки в переменную int sensorVal = digitalRead (2); sensorVal == LOW; int delayL = 200; if (sensorVal == LOW) {Serial.println ("Минуты ++"); // myMotor1-> step (1640, НАЗАД, ДВОЙНОЙ); for (int i = 0; i step (147, BACKWARD, DOUBLE); // analogWrite (PWMpin, i); delay (delayL);} Serial.println ("Hours ++"); myMotor1-> step (1615, ВПЕРЕД, ДВОЙНОЙ);

// myMotor2-> step (1600, НАЗАД, ДВОЙНОЙ);

myMotor2-> step (220, ВПЕРЕД, ДВОЙНОЙ); // задержка (delayL); } еще {

//Serial.println(" Двойные шаги катушки ");

myMotor1-> step (0, ВПЕРЕД, ДВОЙНОЙ); myMotor1-> step (0, НАЗАД, ДВОЙНОЙ); }}

Шаг 6: соберите основание

Основание состоит из двух пластин с прокладками, удерживающими их вместе. Винты крепятся к пластине через резьбовые отверстия. Номер детали 6 на этом чертеже - это еще одна деталь, напечатанная на 3D-принтере, - распорка, которая также является опорой для клеммы питания для шаговых двигателей.

Шаг 7: Добавьте мгновенные переключатели

Переключатели мгновенного действия, Arduino и концевые выключатели крепятся к передней панели, поэтому доступ к электронике для внесения изменений прост - просто снимите заднюю панель, и вы сможете добраться до всего.

Шаг 8: Добавьте монтажную пластину и концевые выключатели

Монтажная пластина удерживает концевые выключатели и подшипниковый узел стоек. Эта часть также может оставаться вместе при редактировании электроники.

Шаг 9: Добавьте шаговые двигатели и шестерни

Шаговые двигатели крепятся к панели винтами M4 через резьбовые отверстия, а шестерни, напечатанные на 3D-принтере, запрессовываются в стойки двигателя. Я использовал зажим для спускового крючка, чтобы они плотно прилегали и плотно прилегали.

Шаг 10: Добавьте стойки

В стойках есть прорези, которые опираются на два шарикоподшипника. Между подшипниками и пазами есть небольшой зазор (0,1 мм), который позволяет стойке свободно перемещаться.

Подшипники зажаты между индивидуальными проставками, напечатанными на 3D-принтере, чтобы получить точную посадку, в которой я нуждался. Спереди есть пластина для стойки, которая действует как шайба, удерживающая стойки на месте.

Шаг 11: добавьте полоски часов и минут

Часовая и минутная планки крепятся к стойкам с помощью 12-миллиметровых распорок, создавая зазор, обеспечивающий зазор между планками и стойками.

Шаг 12: добавьте лупы

Лупы - это дешевые карманные лупы, которые я нашел на Amazon. Они смещены от передней части стержней с помощью распорок 25 мм.

Шаг 13: извлеченные уроки

В этом проекте я много узнал о линейном движении. Допуск, который я использовал между подшипниками и пазами на стойках, был слишком большим, поэтому, если бы я сделал это снова, я думаю, что, вероятно, сократил бы его вдвое. Зазор по бокам щелей тоже был великоват.

Моторы работают, но чем длиннее консоль, тем больше им приходится работать. Я бы, наверное, пошел с шаговыми двигателями на 12 В вместо 5 В.

Люфт тоже должен был быть больше, может, 0,25 мм. Шестерни слишком сильно прижимались к стойкам на первых передачах, которые я пробовал.