Как построить машину для жонглирования Клода Шеннона: 4 шага

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

Клод Шеннон был блестящим инженером / математиком, который создал теорию информации и по сути благословил нас цифровым миром. Он был жонглером и унициклистом, и он создал первую машину для жонглирования. Я решил построить машину для жонглирования на основе его дизайна, хотя он не оставил нам никаких спецификаций для ее создания. Посмотрев видео с его машиной и двумя другими машинами, построенными в университете, я придумал работающую машину. Я хочу поделиться техническими характеристиками своей машины в надежде, что кто-нибудь с настоящими навыками в машиностроении построит гораздо более хорошую рабочую машину. Теперь машина, которую я построил, работает на удивление хорошо, учитывая, что она сделана в основном из хлама, который я валял, или деталей из других проектов, имеет небольшой люфт моторного редуктора, установлен на раме, которая просто опирается на некоторые учебники на полу, и имеет двигатель, который иногда сам решает ускориться или замедлиться.

Пожалуйста, посмотрите видео. Следующие шаги покажут базовую конструкцию, технические характеристики и то, как отрегулировать силу и расположение руки для метания мяча.

Обратите внимание, что в моем видео, которое начинается примерно с 0:40, прыгающие шары отмечают символ бесконечности. Интересно.

Я призываю любого создать действительно хорошо обработанную машину для жонглирования металлом или даже напечатать ее на 3D-принтере. Я видел в Интернете несколько запросов на работающую машину для жонглирования, но, похоже, ни у кого ее нет.

Другой вариант - смоделировать работающую машину в Matlab или другом программном обеспечении для моделирования.

Если кому-то известно о местонахождении жонглёрской машины Клода Шеннона, я был бы очень признателен. Сожалею, что он не опубликовал никаких подробностей своего дизайна. И несколько фотографий его машины говорят о многом.

Наконец, я просто хочу выразить большую благодарность Клоду Шеннону за то, что он заложил основу для нашего цифрового мира.

Вот видео Клода Шеннона и его машины для жонглирования: Claude Shannon Jugging

Шаг 1: Базовая структура машины для жонглирования

Каркас: каркас - это всего лишь пара бамбуковых разделочных досок, которые относительно тяжелые и являются хорошим креплением для других частей. Вы можете использовать что угодно, но не забывайте, что вам, возможно, придется немного передвинуть крепление двигателя.

Главный подшипник: основной подшипник представляет собой ось велосипеда, которая размещена в двух подшипниковых опорах. Я купил их отдельно, но они идеально подходят и абсолютно нет люфта. Не обыграть этот подшипник.

Основной подлокотник: я использовал удочки из углеродного волокна для подстаканника. Я использовал меньшую деталь, которая идеально подходила к оси велосипеда, а затем покрыл ее эпоксидной смолой в отверстии в основном рычаге чашки. Очень жесткий и отлично работает.

Чашки: чашки или руки - это просто губчатая пена (пена для упаковки компьютеров), приклеенная к картонному треугольнику горячим клеем. Внутри картона находится виниловый треугольник, сделанный из виниловой записной книжки. Более твердая поверхность винила удерживает и освобождает стальной шарик более стабильно, чем картон. Вы, наверное, сможете придумать чашки получше, но это было все, что у меня было под рукой. Я подумал, что, возможно, лучше всего подойдут нарезанные ракетки для пинг-понга, но они довольно тяжелые. По возможности чашки должны быть легкими.

Крепление двигателя: я устанавливаю двигатель на бамбуковую доску с помощью алюминиевого крепления двигателя. Вам придется перемещать его, поэтому подвижное крепление идеально подходит, но у меня не было хорошего способа сделать это. Так что мне просто нужно было все отвинтить, сдвинуть, вкрутить обратно. Требуется время. Но крепление не слишком критично - просто держите его в основном под тем местом, где длинный рычаг двигателя прикреплен к основному рычагу чашки.

Адаптер оси двигателя: вам нужно каким-то образом прикрепить ось двигателя к короткому рычагу. Я нашел эти 5-миллиметровые переходники, которые идеально подошли.

Маленький моторный рычаг: короткий рычаг представляет собой кусок плоского алюминия. Легко просверлить отверстия, и вы, вероятно, просверлите несколько, пока не найдете идеальную точку регулировки.

Большой рычаг мотора: две поворотные пряжки (8 мм) со стержнем с резьбой между ними для хорошей регулировки. Вы потратите много времени на регулировку этого рычага.

Шаг 2: Технические характеристики

Существует около 9 критических длин стрелы, точек крепления и других характеристик, которые необходимо учитывать при запуске этой машины. Я фактически рассчитал перестановки только для тех возможных настроек, которые я могу сделать на своей машине, и получилось около 60 000. Из них я не знаю, сколько на самом деле сработает.

Глядя на диаграмму выше, я объясню каждое измерение.

1. Расстояние между карманами двух чашек (или рук) в моем случае 54 сантиметра. Слишком близкое расположение двух чашек не позволит мячу отскочить, а размещение их слишком далеко друг от друга приведет к тому, что мяч будет слишком коротким, чтобы его можно было поймать в другой чашке. Но рычаг должен быть регулируемым, и я сделал это, поместив две чашки на две внутренние секции удочки, которые скользят внутри большей основной удочки. Затем я приклеил на место более мелкие.

2. Двигатель прикреплен к двум плечам, короткому и длинному. Более длинный крепится к опорному рычагу чашки примерно в 7,3 см от основного подшипника, на котором вращается основной рычаг чашки.

3. Главный подшипник находится на расстоянии около 24 см от земли или поверхности, по которой мяч будет отскакивать. В моем случае я добавляю или вычитаю учебник, на котором покоится корпус машины. Не идеальная установка. На самом деле каркас должен быть либо очень тяжелым, либо каким-то образом прикреплен к полу. Когда моя машина работает, она немного раскачивается, и такой ход - не лучшая идея, так как влияет на синхронизацию машины.

4. Расстояние от коренного подшипника до оси двигателя составляет около 15 см.

5. Расстояние от вертикального совмещения коренного подшипника и оси двигателя составляет 10 см. Это расстояние не кажется критическим.

6. Расстояние от оси двигателя до точки крепления более длинного рычага на более коротком рычаге составляет 4,5 см. Этот рычаг имеет решающее значение для регулировки самой высокой и самой низкой точки обеих чашек. Если вам нужно, чтобы мяч был брошен дальше, то увеличьте дистанцию на короткой руке. Если вам нужно, чтобы обе чашки бросали менее сильно, укоротите их.

7. Более длинный рычаг двигателя, вероятно, является наиболее регулируемой точкой на машине. Поэтому я легко отрегулировал его с помощью двух пряжек и стержня с резьбой. Это единственная точка, в которой вы можете по-разному изменять высоту и силу броска чашек. Если удлинить эту руку, правая чашка будет подниматься выше и метать дальше, а левая рука опускается ниже и метает короче. Укорачивая эту руку, вы получаете противоположный эффект. Это точка регулировки эквалайзера для двух чашек.

Несколько других факторов влияют на правильную работу машины. Один - размер мяча. Я использовал стальной шарик диаметром 15 мм. Меньший или больший шар потребует изменения всех других переменных. Вторая переменная - это скорость двигателя. Вам понадобится регулируемый источник питания или контроллер мотора для управления скоростью мотора. В моем случае я использовал переменную настенную бородавку на 12 В.

Мои расчеты перестановок машинных регулировок:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (намного выше, чем моя первоначальная оценка, когда я дал только 3 точки регулировки для каждой руки или расстояния) Не уверен, сколько из них подойдет.

Шаг 3. Некоторые советы по настройке…

Когда машина построена, пора заставить ее работать. Я начал с того, что просто попытался бросить один мяч и поймать его другой чашей. Я начинаю с установки оборотов около 80 об / мин. Шарик следует подбрасывать так, чтобы он выгибался вверх, а затем падал прямо перед центром длинной тяговой штанги (или точкой крепления основного подшипника). Затем он отскакивает от пола со стороны, ближайшей к чаше для ловли. Если мяч брошен слишком далеко, вероятно, чашки поднимаются слишком высоко, и их необходимо опустить, укоротив точки крепления коротких рычагов двигателя. Если мяч брошен недостаточно далеко, необходимо удлинить короткие крепления рычага двигателя. Другой способ выполнить эти регулировки - изменить точку крепления длинной руки на основном подлокотнике (см. Спецификацию 2 на предыдущем шаге).

Если одна чашка бросает мяч слишком далеко, а другая не бросает его достаточно далеко, вы устраните эту разницу, отрегулировав длинное плечо мотора. (см. спецификацию 7 на предыдущем шаге).

В какой-то момент вам может потребоваться увеличить или уменьшить расстояние между коренным подшипником и полом, чтобы изменить время пребывания шара или время, в течение которого мяч находится в воздухе. Это когда это действительно становится искусством, а не наукой, так что вам просто нужно играть с этим.

Скорость двигателя: моя машина оптимально работает примерно при 80 об / мин. Это также зависит от других настроек, поэтому вам нужно каким-то образом изменить скорость вращения двигателя. Если обороты слишком высокие, то мяч не успевает сесть в карман чашек, и он просто подпрыгивает в чашке, а затем беспорядочно бросается. Если скорость вращения слишком низкая, мяч не уносится достаточно далеко или принимающая чашка не в состоянии поймать прыгающий мяч.

Подпрыгивающая поверхность: вам нужна поверхность, по которой мяч будет отскакивать. Я использую керамическую плитку на полу в своей квартире, потому что стальной шар очень хорошо по нему отскакивает. Я попробовал малый барабан, и он просто не давал достаточно высокого отскока (и это было очень шумно).

Шаг 4: Заключительные примечания…

Задача 1: кто-то построил это в механическом цехе с использованием профессиональных инструментов. У меня были только ножовка и ручная дрель.

Задача 2: с помощью 3D-принтера создайте маленький шарик диаметром 10 мм. Это было бы круто, но я не знаю, какую отражающую поверхность можно использовать, кроме керамического или цементного пола.

Задача 3: узнайте, где находится оригинальная машина для жонглирования Клода Шеннона, и расскажите остальным из нас. Снимите его в действии на видео. По крайней мере, сфотографируйте детали его машины крупным планом. У меня слюнки текут от этой перспективы.

Примечание: я нашел приведенную выше фотографию машины Клода Шеннона, которая немного поучительна, но недостаточно подробна, чтобы показать особенности крепления рычага и подшипников, а также тип двигателя, который он использовал. Не уверен, где был сделан этот снимок. Массачусетский технологический институт, его дом, Мичиган?

Прежде всего, повеселитесь и поблагодарите Клода Шеннона за то, что он поделился своим талантом!