Часы со словами, управляемые 114 сервоприводами: 14 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Проекты Fusion 360 »

Что имеет 114 светодиодов и постоянно работает? Как вы, возможно, знаете, ответ - часы со словами. Что имеет 114 светодиодов + 114 сервоприводов и всегда в движении? Ответ - это часы с сервоуправлением.

Для этого проекта я объединился со своим другом, который, как выяснилось, был необходим из-за больших усилий, прилагаемых к этой сборке. Кроме того, мои навыки работы с электроникой и его механические навыки хорошо дополняли друг друга. Идея этой адаптации популярных словесных часов пришла к нам, когда мы делали обычные часы в качестве рождественского подарка. Там мы заметили, что также возможно проецировать буквы сзади на белый лист бумаги. В то время это было лишь обходным решением, чтобы скрыть наше дерьмовое мастерство, поскольку мы закончили с лофтом пузырей, прикрепив виниловую наклейку с буквами к обратной стороне стеклянной пластины. Затем мы заметили, что при сгибании листа бумаги можно добиться интересных эффектов, поскольку буквы меняют размер и становятся размытыми. Это навело нас на мысль сделать часы со словами, в которых буквы проецируются сзади на экран и могут перемещаться вперед и назад для изменения размера проецируемого изображения. Сначала мы немного неохотно создавали этот проект из-за затрат и усилий, которые требуются, когда вы хотите переместить каждую из 114 букв по отдельности. Поэтому мы забросили идею создать версию, в которой каждое слово, используемое для отображения времени, можно было бы перемещать вперед и назад. Однако, увидев, что конкурс Epilog приближается к Instructables с просьбой об эпических проектах, а также после обнаружения относительно дешевых серводвигателей, мы решили пройти весь путь и сделать правильную версию, в которой каждая буква индивидуально контролируется сервоприводом.

ВНИМАНИЕ: Это не однодневная сборка!

Чтобы дать вам представление об усилиях, которые были вложены в этот проект, рассмотрите следующие числа. Готовые часы содержат

• 798 отдельных 3D-печатных моделей (общее время печати ~ 200 часов)
• ~ 600 винтов + ~ 250 гаек и шайб
• ~ 500 проводов (общая длина ~ 50 м). Не считая проводов, которые уже были прикреплены к сервоприводам.

Шаг 1. Дизайн

Часы были разработаны с помощью Autodesk Fusion 360 и Inventor. Как видите, часы состоят из 114 почтовых ящиков, которые перемещаются линейными приводами, которые, в свою очередь, приводятся в движение серводвигателями. Каждый почтовый ящик содержит светодиод, который проецирует букву на заднюю часть экрана из белой ПВХ-пленки. Все компоненты заключены в деревянный каркас.

Шаг 2: Сбор материалов

Электронные компоненты

114 микросервомоторов SG90 (ebay.de)

Хотя сервоприводы были промаркированы названием популярного бренда Tower Pro, они, безусловно, являются более дешевыми подделками. Однако, поскольку цена подделки составляет около 1 евро по сравнению с 3 евро за оригинал, это делает весь проект более доступным. По-видимому, подделки также потребляют меньше тока (конечно, это также подразумевает меньший крутящий момент), что упростило поиск подходящего источника питания для всего проекта.

• Светодиодная лента WS2812B, 5 м, 60 диодов / м (ebay.de)
• Драйвер сервопривода 8x 16 Ch PWM PCA9685 (ebay.de)
• Модуль DS3231 RTC (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B ИК-приемник + пульт (ebay.de)
• Блок питания 5 В, 10 А (ebay.de)
• Удлинительный кабель сервопривода 20x15 см (ebay.de)
• кабель от розетки постоянного тока к оголенному проводу (conrad.de)
• Резистор 300-500 Ом
• Конденсатор 1000 мкФ (> 5 В)

Материалы для каркаса

• деревянные рейки

  • 2 шт 40 x 10 x 497 мм
  • 2 шт 12 x 12 x 461 мм
  • 2 шт 12 х 12 х 20 мм

• мультиплекс

  • 2 шт 12 x 77 x 481 мм
  • 2 шт 12 x 84 x 489 мм
• белая пленка ПВХ (700 x 1000 x 0,3 мм) (modulor.de)
• Плита HDF 500 x 500 мм, толщина 3 мм

Винты, кабели и т. Д

• 228 болтов M2, длина 8 мм + шайбы + шестигранные гайки
• 228x саморезов M2.2, длина 6.5 мм
• различные шурупы по дереву
• 50 м, провод 0,22 мм2 (24 AWG)

Кроме того, этот проект потребовал большого объема 3D-печати и пайки. Задняя пластина изготовлена методом лазерной резки. Рама была построена с помощью циркулярной пилы, лобзика и дрели. Что касается каждого достойного проекта, мы также использовали много горячего клея, а также немного эпоксидного и пластикового клея.

Общие затраты на этот проект составили около 350 евро.

Шаг 3: компоненты, напечатанные на 3D-принтере

Почтовые ящики

Каждый почтовый ящик состоит из напечатанной на 3D-принтере крышки, которая действует как теневая маска, и базовой пластины, на которую будет прикреплен светодиод. На опорной плите есть четыре установочных штифта для выравнивания на приводе и шесть отверстий для пропуска кабелей светодиодов. Всего получилось 228 моделей, которые были напечатаны из черного PLA (Formfutura EasyFill PLA) с высотой слоя 0,4 мм. Общее время печати на моем Anycubic Kossel Linear Plus составило около 23 часов для обложек для писем и 10 часов для базовых пластин. Все файлы stl можно найти в прикрепленном zip файле.

Приводы

Конструкция привода была адаптирована из линейного сервоусилителя Roger Rabbit, который оказался очень полезным. Поскольку детали плотно прилегают друг к другу, их следует распечатать на приличном 3D-принтере. Малая высота слоя не так важна (достаточно 0,2 мм), как небольшой диаметр сопла (мы рекомендуем 0,4 мм). Детали должны быть напечатаны в указанной ориентации. Каждый исполнительный механизм состоит из 5 отдельных частей, так как нам потребовалось 114 исполнительных механизмов, то есть всего 570 частей (!). Для их печати мы использовали объединенную мощность нескольких профессиональных 3D-принтеров (Ultimaker S2 +, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Тем не менее, у нас было много неудачных распечаток на деталях, и я добавил несколько фотографий для вашего развлечения. Общее время печати составило около 150 часов (!). Опять же, файлы stl можно найти в прикрепленном zip-файле.

Шаг 4: Создание рамы

Каркас изготовлен из деревянных реек и мультиплексной доски. Детали были вырезаны с помощью циркулярной пилы и лобзика, а затем скреплены вместе с помощью столярного клея и шурупов. Верхняя и нижняя крышка также были окрашены, чтобы придать ей более красивый вид. Подробное описание деталей, включая все размеры, можно найти на прилагаемых чертежах.

Шаг 5: Сборка почтовых ящиков

Сборка почтовых ящиков была трудоемкой и занимала очень много времени, особенно пайка. Это потому, что каждый ваш шаг нужно повторять 114 раз.

1. Вырежьте 114 отдельных частей из светодиодной ленты.
2. Оловить все светодиодные панели
3. Прикрепите каждый светодиод к задней панели почтового ящика, напечатанной на 3D-принтере. Светодиод должен быть отцентрирован. Также закрепили горячим клеем.
4. Далее мы подготовили 3x114 = 442 проволоки, то есть нарезали по длине, зачистили концы и залудили. Длина каждого провода составляла 10 см, за исключением проводов, соединяющих последнюю букву с точками, которые должны быть длиннее (~ 25 см). Также провода, подключенные к первой букве, которая будет подключена к Arduino и источнику питания, должны быть длиннее.
5. Диазовые цепные светодиоды с помощью проводов. Провода проходят через отверстия в задней панели каждого почтового ящика, напечатанной на 3D-принтере.
6. Передняя крышка почтового ящика была приклеена с помощью клея.
7. Детали линейной стойки для актуатора необходимо склеить между собой
8. Линейная стойка прикрепляется к задней части почтового ящика с помощью клея.

Шаг 6: Сборка приводов

Опять же, сборка приводов была очень утомительной процедурой, которая заняла много времени.

1. Прикрепите сервопривод к корпусу, напечатанному на 3D-принтере, с помощью прилагаемых винтов.
2. Круглая шестерня прикрепляется к сервоприводу с помощью прилагаемого пластикового крестовины, но сначала крест нужно вырезать по форме и прикрепить к шестерне с помощью эпоксидной смолы.
3. Прикрепите шестерню к сервоприводу с помощью прилагаемого винта.
4. Перед установкой линейной стойки каждый сервопривод был обнулен в одно и то же положение.
5. Вставка линейной стойки с почтовым ящиком
6. Вставка двух шестигранных гаек M2 в корпус, напечатанный на 3D-принтере, который позже будет использоваться для крепления его к задней панели
7. Закройте корпус крышкой, напечатанной на 3D-принтере, с помощью саморезов M2.2.

В конце концов, мы получили большой беспорядок из цепных приводов, как показано на картинке выше.

Шаг 7: Изготовление задней пластины

Задняя пластина была вырезана лазером из древесины HDF толщиной 3 мм с использованием резака для лазера CO2 из нашего местного производственного помещения. Сначала мы попробовали фанеру, но она оказалась слишком хрупкой, чтобы выдержать вес всех компонентов. В этом случае было бы даже лучше использовать алюминий, но он, конечно, дороже и не может быть разрезан с помощью CO2-лазера. Файл dxf для задней панели прилагается.

Шаг 8: прикрепите компоненты к задней панели и проводке

Сначала платы PCA9685 должны быть прикреплены к задней панели с помощью стоек для печатных плат. Затем можно разместить модуль Arduino nano и RTC, как показано на рисунке выше. Для двух последних мы использовали держатели, напечатанные на 3D-принтере, которые крепились горячим клеем. Компоненты были подключены, как показано на электрической схеме. Обратите внимание, что лучше всего запитывать каждый PCA9685 отдельно через клеммную колодку. Сначала мы последовательно подключили также разъемы V + и GND и подключили только клеммную колодку первой платы (как предлагается на странице adafruit), однако в этом случае весь ток проходит через первую плату, и мы закончили тем, что сожгли MOSFET. цепи обратной защиты. Также прилагается электронная таблица, показывающая кабели сервоприводов. Удлинительные кабели для сервоприводов используются по мере необходимости. Обратите внимание, что вам нужно назначить разные адреса I2C для каждого PCA9685, как описано на странице adafruit.

Затем приводы были прикреплены к задней панели с помощью винтов 228x M2. Работа снова была очень однообразной, но когда она была закончена, часы уже начали обретать форму. Мы также постарались организовать сервокабели как можно лучше, но в итоге кабели все еще были очень беспорядочными.

Питание подавалось путем пропуска кабеля постоянного тока через заднюю панель и подключения его к клеммной колодке.

Шаг 9: прикрепление задней панели к раме

После того, как все компоненты были установлены и кабели разложены, мы прикрепили заднюю панель к раме с помощью 6 винтов M4. К сожалению, мы оставили очень мало места для всех кабелей, поэтому их пришлось немного втиснуть.

Шаг 10: калибровка сервоприводов

Поскольку высота всех почтовых ящиков после установки была немного другой, мы использовали прилагаемый код для калибровки всех сервоприводов, чтобы почтовые ящики имели одинаковые минимальное и максимальное положение. Для максимального положения мы постарались разместить почтовый ящик как можно ближе к экрану. Откалиброванные минимальные / максимальные позиции для каждого сервопривода позже вводятся в основной код.

Шаг 11: загрузка кода

Прилагается основной код словарных часов. Есть три типа эффектов для отображения времени.

1. Быстро переместите все буквы назад (одну за другой) и зажгите светодиоды одинакового случайного цвета. Затем быстро переместите буквы, отображающие время, вперед одну за другой и подсвечивайте каждое слово случайным цветом.
2. Быстро переместите все буквы назад (одну за другой) и зажгите светодиоды одинакового случайного цвета. Медленно перемещайте каждое слово, отображающее время, на передний план (все буквы одновременно) и постепенно переходите от цвета фона к случайному значению.
3. Быстро перемещайте все буквы в случайное положение (одну за другой) и зажигайте светодиоды разных случайных цветов. Затем медленно переместите все буквы назад, чтобы цвет стал бледнее. Продолжайте с 1. или 2.

Я также хотел реализовать эффект, при котором точка, показывающая текущую минуту, постепенно перемещается вперед и тускнеет так, чтобы она находилась в передней позиции с правильным цветом, когда минута закончилась. К сожалению, я еще не получил его, потому что, похоже, ИК-приемник не отвечает.

Шаг 12: прикрепление экрана

Сначала мы хотели использовать в качестве экрана белую ткань. Проблема заключалась в том, что после прикрепления к раме ткань загибалась по центру, и в результате мы получали подушкообразное искажение. Затем мы решили вместо экрана использовать тонкую белую пленку из ПВХ. Фольга также рекламируется для изготовления абажуров, поэтому она имеет приемлемую пропускную способность, но не просматривается, поэтому черные почтовые ящики остаются скрытыми. В нашем первом опыте мы прикрепили фольгу с помощью эпоксидной смолы, но она не держалась слишком хорошо, поэтому мы перешли на горячий клей. Однако будьте осторожны, если клей слишком горячий, он может расплавить фольгу. Лишнюю фольгу удалили точным ножом.

Шаг 13: прикрепление верхней и нижней крышки

Наконец, сверху и снизу были прикреплены накладки из окрашенного дерева. Темный цвет хорошо контрастирует с белым экраном. ИК-приемник пропускался через отверстие в задней панели и крепился к верхней крышке горячим клеем.

Шаг 14: Готовые часы и сводка

После двух месяцев интенсивной работы часы, наконец, были готовы и заработали. В целом мы очень довольны результатом. Перемещение букв за экраном в сочетании с изменением цвета светодиодов дает очень крутые эффекты. В конце концов, буквы не совпали идеально, и экран не был на 100% плоским, но это почти делает его еще лучше. Конечно, есть вещи, которые можно улучшить, но я не думаю, что будет версия 2.0 из-за огромных усилий по созданию этой сборки, если в следующий раз мы не передадим производство в Китай.

Если вам понравилась эта сборка и вам удалось прокрутить ее до самого низа, пожалуйста, проголосуйте за нас в конкурсе Epilog Contest.

Первый приз в конкурсе Epilog X Contest