Железнодорожный смерч в масштабе O: 16 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Я уверен, что каждый человек видел Торнадо на видео. Но видели ли вы, как один работает в полной анимации на модели железной дороги в масштабе O? Ну, мы еще не установили его на железной дороге, потому что это часть полной системы звука и анимации. Но по завершении это должен быть аттракцион.

Этот проект проведет вас через шаги по созданию рабочей анимации из оборудования ЧПУ, приводов двигателей и элементов управления Arduino.

Шаг 1. Как будет выглядеть эта анимация?

Чтобы понять, что мы строим, была создана 3D-модель и произведена симуляция.

Шаг 2: Создание базовой панели

Этот проект состоит из панели оси Z, панели оси X, микроконтроллеров Arduino, шаговых двигателей, приводов моста H, микрошаговых приводов и самого Tornado. Первым делом необходимо собрать ведомость материалов для базовой панели. Обе осевые панели похожи, поэтому процесс сборки одной панели такой же, как и для другой панели.

ЗАЯВЛЕНИЕ НА МАТЕРИАЛЫ - Получено из магазина пиломатериалов Banggood. Com/

Ось X

· (1) Узел подающего винта длиной 500 мм T8

· (1) 12 В, 200 шаговый 4-проводный шаговый двигатель типа NEMA 17

· (2) опорных стержня 500 мм с концевыми креплениями и ползунами

(1) Концевой выключатель с кабелем

(1) Монтажный кронштейн шагового двигателя

Основание из березовой фанеры 1/2 дюйма, разрезанное на 6-1 / 2 x 24 дюйма

стандартные палочки для перемешивания краски толщиной 1/8 дюйма

разные винты M3, M4, M5

Шаг 3: Соберите детали на панели

Кронштейн шагового двигателя - это первая деталь, которая устанавливается на один конец основания 1/2 x 6-1 / 2 x 24 дюйма. Этот кронштейн устанавливается на средней линии основания и должен быть перпендикулярен длинному краю. Установите шаговый двигатель на этот кронштейн и установите приводную муфту. Вы обнаружите, что осевая линия привода шагового двигателя находится достаточно высоко от основания, поэтому корпуса подшипников подающего винта должны быть установлены на деревянных досках, чтобы выровнять сборку. Кусок березовой фанеры толщиной 1/2 дюйма является хорошей отправной точкой. Затем добавьте регулировочную доску, которая выровняет центральную линию корпусов подшипников подающего винта.

Теперь, используя палочку для перемешивания краски, просверлите отверстия, соответствующие фланцу подающего винта, и закрепите винтами M3 и стопорными шайбами. Использование Locktite на этих деталях сейчас предотвратит их разрушение позже. Теперь навинтите этот узел на подающий винт. Установите один конец подающего винта в корпус подшипника со стороны шагового двигателя. Теперь поместите другой корпус подшипника на другой конец основания, установите подающий винт и прикрепите корпус к основанию с помощью планок и прокладок. УБЕДИТЕСЬ, что эта сборка параллельна краю основания.

Теперь разместите опорные стержни с их концевыми опорными корпусами на досках, используемых для поддержки корпусов подшипников. Очень важно, чтобы все эти части были квадратными и параллельными. Итак, не устанавливайте детали на основание, пока все детали не будут размещены на основании. На этом этапе хорошо подойдут палочки для перемешивания краски или фанера из твердой древесины толщиной 1/4 дюйма, которую можно обрезать до желаемой ширины и просверлить монтажные отверстия, соответствующие ползунам опорных стержней. Неплотно прикрепите поперечные ремни к ползункам и наденьте их на каждый конец опорные стержни, чтобы установить концевые корпуса опорных стержней на место. Как только эти положения будут установлены, ввинтите их на место. На этом этапе у вас должен быть фланец подающего винта с краской, зажатый между ползунами.

Последним шагом является установка ремней для фиксации поперечных планок бегунка. Сожмите ползунки вместе с палочкой для перемешивания с фланцами и привинтите опорные планки на место. Теперь палочку для перемешивания краски можно отрезать заподлицо с только что наложенными ремнями. Теперь сборка завершена и позволяет перемещать фланец внутри крепежных планок. Вы можете проверить эту сборку, вращая подающий винт вручную, чтобы убедиться, что все движется свободно и без заеданий.

Шаг 4: Установите концевой выключатель

Концевой выключатель установлен на обеих панелях около конца двигателя. Он используется в качестве датчика положения начала отсчета для установки обеих осей в начальное положение, когда питание подключено к панели управления. Точная установка - предпочтение пользователя, но мы протестировали 2 конструкции; на одной из кареток свешивалась лопасть, которая ударяла по переключателю, а другая использовала палку для перемешивания с латунной гайкой с фланцем в качестве точки контакта. Не имеет значения, как этот переключатель установлен, если переключатель активирован ДО того, как каретка достигнет конца своего хода на стороне двигателя.

Шаг 5: Сборка панели оси Z

Панель оси Z идентична панели оси X, за исключением того, что мы заменили другой подающий винт с шагом 2 мм, чтобы ускорить движение.

(1) Подающий винт T8 с шагом 2 мм и латунной гайкой с фланцем.

Все остальные шаги такие же, так что создайте эту панель сейчас.

Шаг 6: соберите оси X и Z вместе

Сборка двух осей очень проста. Сначала мы добавили кусок березовой фанеры размером 6-1 / 2 x 5 дюймов в узел каретки оси X. Затем мы прикрутили панель оси Z к этой плате. Расположение оси Z относительно оси X выбирается пользователем. В нашем прототипе мы установили конец двигателя на расстоянии около 8 дюймов от центра каретки оси X. Панель управления при установке будет располагаться под осью X, поэтому это место казалось подходящим. Помните, что панели осей X и Z показаны плоскими для сборки, но при установке на макете модели железной дороги ось X располагается под углом 90 градусов к поверхности железной дороги.

Шаг 7: создание торнадо

Дизайн торнадо

Торнадо будет сконструирован с двигателем 12 В постоянного тока, деревянным дюбелем ¼ дюйма, гибкой муфтой для соединения двигателя с валом и будет управляться контроллером моста L298N H, управляемым Arduino.

Это двигатель в сборе: мотор-редуктор 12 В постоянного тока 25 об / мин

Воронку ватин можно найти в магазинах для рукоделия. Мы использовали тонкие листы ватина от Walmart.

Воронка потребует некоторых художественных работ, чтобы получить желаемый вид. Самая важная часть - спроектировать и изготовить каретку оси Z для размещения двигателя и муфты. Высота от каретки определяет максимальный диаметр воронки. Каждый раз, когда вы хотите заменить воронку, достаточно просто снять установочный стержень с муфты. Это можно сделать в любой момент после установки системы. Так что, если вы хотите поэкспериментировать с разными воронками, это легко сделать.

Но на этом этапе процесса сборки просто определите высоту над кареткой и постройте опору для двигателя и коробки передач. Имеется промышленный монтажный кронштейн: Крепление двигателя.

Металлический кронштейн был доставлен слишком долго, поэтому мы решили изготовить монтажное приспособление для узла привода Tornado Rotation из небольших кусков дерева. На этих фотографиях крепление предназначено для очистки верхней части воронкообразного облака диаметром 5 дюймов. в случае неудовлетворительной компоновки мы устанавливали узел на стяжные ремни каретки. Если это расположение по какой-то причине не соответствует нашим потребностям, узел можно снять с помощью всего 4 винтов с головкой под шестигранник.

Соединения двигателя маленькие и хрупкие, поэтому выводы припаяны к двигателю, и мы использовали винты и шайбы, чтобы закрепить выводы. К этому разъему будет припаян дорожный ремень.

Шаг 8: управление анимацией

Теперь, когда мы построили панели с двумя осями и смонтировали их вместе, как нам заставить работать эту анимацию? Видео представляет собой обновление результатов тестирования, проведенного во время сборки прототипа системы. Итак, как мы сделали эту анимацию? Ответ заключается в том, что мы использовали 2 микроконтроллера Arduino для управления действием. Следующие шаги подробно описывают сборку панели управления, используемое оборудование, электрические схемы и программный код.

Шаг 9: Использование микроконтроллеров Arduino для анимации движения

Дизайн движения торнадо

Чтобы управлять Торнадо, мы сначала определяем, как мы хотим, чтобы он работал:

1. Включите мотор для вращения Торнадо.

2. Начните движение по оси Z с помощью шагового двигателя, вращающего подающий винт вертикально вниз. Это перемещает вращающийся Торнадо вниз из его скрытого положения на поверхность стола.

3. Начните движение по оси X с помощью шагового двигателя, приводящего в движение подающий винт и платформу. Это переместит торнадо справа налево на все расстояние винта подачи.

4. Запустите шаговый двигатель оси Z, чтобы поднять вращающийся Торнадо обратно в верхнюю часть из поля зрения. Отключите питание шагового двигателя оси Z.

5. Запустите шаговый двигатель оси X, чтобы вернуться в правильное начальное положение. Отключите питание шагового двигателя оси X.

6. Выключите питание двигателя Rotating Tornado.

По сути, мы создаем 2-х осевой фрезерный станок с ЧПУ. Вращение Tornado - это маршрутизатор, а две другие оси - для горизонтального и вертикального движения. Для этого нам нужно будет использовать 1 Arduino MEGA (названный «КОНТРОЛЛЕР ДВИЖЕНИЯ»), запрограммированный для работы (2) плат микрошаговых драйверов TB6600 для управления 2 шаговыми двигателями. Мы также будем использовать 1 Arduino UNO (названный «ГЛАВНЫЙ КОНТРОЛЛЕР») для управления вращением Tornado и запуска КОНТРОЛЛЕРА ДВИЖЕНИЯ. Управление системой будет обеспечиваться выключателем питания 12 В постоянного тока для системы. Переключатель мгновенного действия будет расположен рядом с позицией «Торнадо» на макете, чтобы активировать схему реле мощности с фиксацией. Это мгновенное управление переключателем включит систему, и ГЛАВНЫЙ КОНТРОЛЛЕР включит питание, и двигатель постоянного тока с зубчатым приводом начнет вращать Tornado, а затем подаст питание на КОНТРОЛЛЕР ДВИЖЕНИЯ для последовательности движения.

Шаг 10: Оборудование, необходимое для панели управления

Спецификация системы управления

(1) Arduino UNO и (1) микроконтроллеры Arduino Mega

(1) Модульная мостовая плата L298N Module H для привода Tornado ·

(2) Платы микрошаговых драйверов шагового двигателя TB6600 для панели осей Z и X

(1) Источник питания постоянного тока 12 В

(1) Тумблер SPDT, установленный на панели

(2) реле постоянного тока 5 В для Arduino ·

Разная проводка с зеленым светодиодом и резисторами

Клеммные колодки

Монтаж плат и фурнитуры

Шаг 11: Установка оборудования на панель управления

Сначала выберите материал панели управления. Мы использовали кусок фанеры из твердой древесины толщиной 1/4 дюйма. Мы начали с установки оборудования размером 2 на 2 фута. В этой панели нет секрета, просто установите все в месте, обеспечивающем короткие проходы проводов и доступность для питания 12 В, проводов двигателя и проводки концевых выключателей с панелей Axis.

Шаг 12: Подключение оборудования главного контроллера

Схема, показанная для главного контроллера, может быть неточной из-за отсутствия библиотек деталей для модуля L298N и реле, управляемого сигналом 5 В. Остальная часть схемы подходит для подключений к Arduino Uno и Arduino Mega.

Для точного подключения L298N нам нужно обратиться к изображению, на котором показаны соединения проводов с указанными номерами клемм. На втором изображении показаны только терминалы, используемые в этом проекте.

Для точной разводки 5-вольтового реле для Arduino нам нужно обратиться к изображению выше.

В случае сомнений всегда обращайтесь к Arduino IDE для главного контроллера для подключения контактов.

Шаг 13: Подключение контроллера движений

Arduino Mega используется в качестве контроллера движения. Он взаимодействует с микрошаговыми приводами и шаговыми двигателями. Подключение Vin не показано, поскольку оно показано на схеме главного контроллера.

Шаг 14: Цепь фиксации питания системы

Для управления питанием системы и обеспечения возможности автоматического отключения по завершении анимации используется схема фиксации с мгновенным переключателем на 12-вольтовых контактах нормально разомкнутого реле. Реле на 5 В, управляемое сигналами Arduino, замыкает цепь. Когда сигнал становится НИЗКИМ, питание системы отключается. Отдельный светодиод показывает, что система заблокирована.

Шаг 15: Код Arduino

Поскольку это не инструкция по написанию кода Arduino, мы приложили файлы Master и Movement для просмотра и / или загрузки.

Шаг 16: Создание монтажной рамы

Опорный каркас системы изготовлен из простого бруса. Это трехопорная опора, к которой прикреплена панель оси X, позволяющая установить Tornado на поверхности макета в нужном месте. Панель управления установлена за панелью оси X, чтобы обеспечить свободное перемещение панели подвижной оси Z. Вся сборка может быть прикреплена к стене или оставлена отдельно стоящей для легкого демонтажа в случае необходимости.