Word pulkstenis, ko kontrolē 114 servos: 14 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Fusion 360 projekti »

Kam ir 114 gaismas diodes un kas vienmēr darbojas? Kā jūs zināt, atbilde ir vārdu pulkstenis. Kam ir 114 gaismas diodes + 114 servo un kas vienmēr kustas? Atbilde ir šis servo kontrolētais vārdu pulkstenis.

Šim projektam es sadarbojos ar savu draugu, kas izrādījās obligāts šīs būves lielo piepūles dēļ. Turklāt mana elektroniskā un viņa mehāniskā prasme lieliski papildināja viens otru. Ideja par šo populārā vārdu pulksteņa pielāgošanu radās mums, kad gatavojām parasto kā Ziemassvētku dāvanu. Tur mēs pamanījām, ka vēstules ir iespējams projicēt arī no aizmugures uz baltas papīra lapas. Tolaik tas bija tikai risinājums, lai slēptu mūsu štruntīgo meistarību, jo stikla šķīvja aizmugurē pielīmējām vinila uzlīmi ar burtiem. Pēc tam mēs pamanījām, ka, saliekot papīra lapu, var sasniegt interesantus efektus, jo burti mainās un kļūst neskaidri. Tas mums radīja ideju izveidot vārdu pulksteni, kurā burti tiek projicēti no aizmugures uz ekrānu un tos var pārvietot uz priekšu un atpakaļ, lai mainītu projicētā attēla izmēru. Sākumā mēs mazliet nevēlējāmies veidot šo projektu, jo ir vajadzīgas izmaksas un pūles, ja vēlaties pārvietot katru no 114 burtiem atsevišķi. Tāpēc mēs mētājāmies ar ideju izveidot versiju, kurā tikai katru vārdu, kas tiek izmantots laika attēlošanai, var pārvietot uz priekšu un atpakaļ. Tomēr, redzot, ka Epilog konkurss tuvojas Instructables, kas lūdz episkus projektus, un arī sameklējot salīdzinoši lētus servomotorus, mēs nolēmām iet līdz galam un izveidot pareizu versiju, kur katru burtu individuāli kontrolē servo.

UZMANĪBU: šī nav vienas dienas būve!

Lai sniegtu priekšstatu par šajā projektā iesaistītajām pūlēm, apsveriet šādus skaitļus. Gatavs pulkstenis satur

• 798 atsevišķi 3D drukāti modeļi (kopējais drukāšanas laiks ~ 200 stundas)
• ~ 600 skrūves + ~ 250 uzgriežņi un paplāksnes
• ~ 500 vadi (kopējais garums ~ 50 m). Neskaitot vadus, kas jau bija pievienoti servos.

1. solis: dizains

Pulkstenis tika izstrādāts, izmantojot Autodesk Fusion 360 un Inventor. Kā redzat, pulkstenis sastāv no 114 pastkastēm, kuras pārvieto ar lineāriem izpildmehānismiem, kurus savukārt darbina servomotori. Katrā pastkastītē ir LED, kas projicē vēstuli uz ekrāna aizmugures, kas izgatavota no baltas PVC folijas. Visas sastāvdaļas ir ievietotas koka rāmī.

2. solis: Materiālu savākšana

Elektroniskās sastāvdaļas

114x SG90 mikro servomotori (ebay.de)

Lai gan servos bija iezīmēts populārā zīmola "Tower Pro" nosaukums, tie noteikti ir lētāki sitieni. Tomēr, tā kā notriekšanas cena ir aptuveni 1 EUR salīdzinājumā ar 3 EUR oriģinālam, tas visu projektu padara pieejamāku. Acīmredzot arī atslēgumi patērē mazāk strāvas (protams, tas nozīmē arī mazāku griezes momentu), kas atviegloja piemērota projekta piegādes atrašanu visam projektam.

• 5 m WS2812B LED sloksne, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 Ch PWM servo draiveris PCA9685 (ebay.de)
• DS3231 RTC modulis (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B IR uztvērējs + tālvadības pults (ebay.de)
• 5 V, 10 A barošanas avots (ebay.de)
• 20x 15 cm servo pagarinātājs (ebay.de)
• kabeļa līdzstrāvas ligzda līdz tukšam vadam (conrad.de)
• 300-500 omu rezistors
• 1000 µF kondensators (> 5 V)

Materiāli rāmim

• koka līstes

  • 2 gab. 40 x 10 x 497 mm
  • 2 gab. 12 x 12 x 461 mm
  • 2 gab. 12 x 12 x 20 mm

• multiplekss

  • 2 gab. 12 x 77 x 481 mm
  • 2 gab. 12 x 84 x 489 mm
• balta PVC folija (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulis.de)
• 500 x 500 mm HDF plāksne, 3 mm bieza

Skrūves, kabeļi utt

• 228x M2 skrūves, 8 mm garas + paplāksnes + sešstūra uzgriežņi
• 228x pašvītņojošas skrūves M2.2, 6,5 mm garas
• dažādas koka skrūves
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG) vads

Turklāt šim projektam bija nepieciešams plašs 3D drukāšanas un lodēšanas apjoms. Aizmugurējā plāksne tika izgatavota ar lāzera griešanu. Rāmis tika uzbūvēts ar ripzāģi, finierzāģi un urbi. Attiecībā uz katru pienācīgu projektu mēs arī izmantojām daudz karstu līmi, arī kādu epoksīda un plastmasas līmi.

Šī projekta kopējās izmaksas sasniedza aptuveni 350 EUR.

3. darbība: 3D drukātie komponenti

Vēstuļu kastes

Katra vēstuļu kaste sastāv no 3D drukāta vāka, kas darbojas kā ēnu maska, un pamatplāksnes, uz kuras tiks piestiprināta gaismas diode. Pamatplāksnē ir četras dībeļa tapas, kas palīdz izlīdzināties pie izpildmehānisma, un seši caurumi LED kabeļu ievadīšanai. Kopumā tas veido 228 modeļus, kas visi tika drukāti no melnas PLA (Formfutura EasyFill PLA) ar 0,4 mm slāņa augstumu. Kopējais drukāšanas laiks manā Anycubic Kossel Linear Plus bija aptuveni 23 stundas vēstuļu vākiem un 10 stundas bāzes plāksnēm. Visus stl failus var atrast pievienotajā zip failā.

Izpildmehānismi

Izpildmehānisma dizainu pielāgoja Roger Rabbit no lineārā servo pagarinātāja, kas bija ļoti noderīgs. Tā kā detaļas cieši pieguļ viena otrai, tās jāizdrukā uz pienācīga 3D printera. Neliels slāņa augstums nav tik svarīgs (piemērots ir 0,2 mm) kā mazs sprauslas diametrs (mēs iesakām 0,4 mm). Daļas jāizdrukā norādītajā virzienā. Katra izpildmehānisms sastāv no 5 atsevišķām daļām, jo mums vajadzēja 114 izpildmehānismus, tas nozīmē kopā 570 daļas (!). Lai tos izdrukātu, mēs izmantojām vairāku profesionālu 3D printeru (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200) apvienoto jaudu. Tomēr mums bija daudz neveiksmīgu izdruku uz detaļām, un es iekļāvu dažus attēlus jūsu izklaidei. Kopējais drukāšanas laiks bija aptuveni 150 stundas (!). Atkal stl failus var atrast pievienotajā zip failā.

4. solis: rāmja veidošana

Rāmis tika izgatavots no koka līstēm un multipleksa plāksnes. Daļas tika sagrieztas, izmantojot ripzāģi un finierzāģi, un pēc tam piestiprinātas kopā, izmantojot koka līmi un koka skrūves. Augšējais un apakšējais vāks tika arī iekrāsots, lai tas izskatītos labāk. Detalizēts detaļu apraksts, ieskaitot visus izmērus, atrodams pievienotajos rasējumos.

5. darbība: burtu kastīšu salikšana

Vēstuļu kastīšu salikšana bija daudz darba un prasīja ļoti ilgu laiku, it īpaši lodēšana. Tas ir tāpēc, ka katrs jūsu solis ir jāatkārto 114 reizes.

1. Izgrieziet 114 atsevišķus gabalus no LED sloksnes
2. Alvas visi LED spilventiņi
3. Pievienojiet katru gaismas diodi pastkastītes 3D drukātajai aizmugurējai plāksnei. Gaismas diodei jābūt centrētai. Mēs to arī nostiprinājām ar karstu līmi.
4. Tālāk mēs sagatavojām 3x114 = 442 vadus, t.i., sagriežot garumā, noņemot galus un tinot. Katra stieples garums bija 10 cm, izņemot vadus, kas pēdējo burtu savieno ar punktiem, kuriem jābūt garākiem (~ 25 cm). Arī vadiem, kas savienoti ar pirmo burtu, kas tiks pievienoti arduino un barošanas avotam, vajadzētu būt garākiem.
5. Diasijas ķēdes gaismas diodes, izmantojot vadus. Vadi tiek padoti caur caurumiem katras pastkastes 3D drukātajā aizmugurējā plāksnē.
6. Vēstuļu kastes priekšējais vāks tika piestiprināts ar līmi
7. Izpildmehānisma lineārā statīva daļas ir jāpielīmē kopā
8. Lineārais statīvs tiek piestiprināts pastkastes aizmugurē, izmantojot līmi

6. solis: izpildmehānismu salikšana

Atkal izpildmehānismu salikšana bija ļoti garlaicīga procedūra, kas aizņēma ilgu laiku.

1. Piestipriniet servo pie 3D drukātā korpusa, izmantojot komplektā iekļautās skrūves
2. Apaļais pārnesums ir piestiprināts pie servo, izmantojot komplektā iekļauto plastmasas krustu, bet vispirms krusts ir jāsagriež pēc formas un jāpiestiprina pie zobrata, izmantojot epoksīdu.
3. Piestipriniet pārnesumu pie servo, izmantojot komplektā iekļauto skrūvi
4. Pirms lineārā statīva ievietošanas katrs servo tika nullēts tajā pašā stāvoklī
5. Lineārā plaukta ievietošana ar pastkastīti
6. Divu M2 sešriekstu ievietošana 3D drukātajā korpusā, ko vēlāk izmantos, lai to piestiprinātu pie aizmugurējās plāksnes
7. Aizveriet korpusu ar 3D drukātu vāku, izmantojot M2.2 pašvītņojošās skrūves

Galu galā mēs nonācām pie liela kuplā ķēžu izpildmehānismu putra, kā parādīts attēlā iepriekš

7. darbība. Pamatplates izgatavošana

Aizmugurējā plāksne tika izgriezta ar lāzeru no 3 mm bieza HDF koka, izmantojot mūsu vietējā ražotāja CO2 lāzera griezēju. Sākumā mēs izmēģinājām saplāksni, bet tas izrādījās pārāk vājš, lai izturētu visu sastāvdaļu svaru. Šajā gadījumā būtu bijis labāk izmantot alumīniju, bet tas, protams, ir dārgāks un to nevar sagriezt ar CO2 lāzeru. Ir pievienots aizmugures plāksnes dxf fails.

8. solis: pievienojiet komponentus aizmugurējai plāksnei un vadiem

Sākumā PCA9685 plāksnes jāpiestiprina pie aizmugurējās plāksnes, izmantojot PCB atdalījumus. Pēc tam Arduino nano un RTC moduli var ievietot, kā parādīts attēlā iepriekš. Pēdējiem diviem mēs izmantojām 3D drukātus turētājus, kas tika piestiprināti ar karstu līmi. Komponenti tika savienoti, kā parādīts elektroinstalācijas shēmā. Ņemiet vērā, ka vislabāk ir barot katru PCA9685 atsevišķi, izmantojot spaiļu bloku. Sākumā mēs sasaistījām ķēdes arī ar V+ un GND savienotājiem un pievienojām tikai pirmās plāksnes spaiļu bloku (kā ieteikts adafruit lapā), tomēr šajā gadījumā visa strāva iet caur pirmo dēli, un mēs galu galā sadedzinām MOSFET atpakaļgaitas aizsardzības ķēdē. Ir pievienota arī izklājlapa, kurā parādīti servo kabeļi. Servo pagarinātāja kabeļi tiek izmantoti, kad vien tie ir nepieciešami. Ņemiet vērā, ka katram PCA9685 ir jāpiešķir dažādas I2C adreses, kā paskaidrots adafruit lapā.

Pēc tam izpildmehānismi tika piestiprināti pie aizmugurējās plāksnes, izmantojot 228x M2 skrūves. Darbs atkal bija ļoti vienmuļš, bet pēc tā pabeigšanas pulkstenis jau sāka veidoties. Mēs arī mēģinājām sakārtot servo kabeļus pēc iespējas labāk, bet galu galā kabeļi joprojām bija ļoti netīri.

Barošana tika piegādāta, barojot līdzstrāvas kabeli caur aizmugurējo plāksni un savienojot to ar spaiļu bloku.

9. solis: aizmugurējās plāksnes piestiprināšana pie rāmja

Pēc visu sastāvdaļu montāžas un kabeļu sakārtošanas mēs piestiprinājām aizmugurējo plāksni pie rāmja, izmantojot 6x M4 skrūves. Diemžēl mēs atstājām ļoti maz vietas, lai visi kabeļi ietilptu, tāpēc tie bija nedaudz jāsaspiež.

10. solis: Servo kalibrēšana

Tā kā visu pastkastīšu augstums pēc uzstādīšanas bija nedaudz atšķirīgs, mēs izmantojām pievienoto kodu, lai kalibrētu visus servos, lai pastkastītēm būtu vienādas minimālās un maksimālās pozīcijas. Lai iegūtu maksimālu pozīciju, mēs centāmies novietot pastkastīti pēc iespējas tuvāk ekrānam. Pēc tam katra servo kalibrētās min/max pozīcijas vēlāk tiek ievadītas galvenajā kodā.

11. darbība: koda augšupielāde

Pielikumā ir vārda pulkstenis galvenais kods. Laika rādīšanai ir trīs veidu efekti.

1. Ātri pārvietojiet visus burtus uz aizmuguri (vienu pēc otra) un iedegas gaismas diodes ar vienādu nejaušu krāsu. Pēc tam ātri pārvietojiet burtus, kas parāda laiku, viens pēc otra uz priekšu un izgaismojiet katru vārdu nejaušā krāsā.
2. Ātri pārvietojiet visus burtus uz aizmuguri (viens pēc otra) un iedegas gaismas diodes ar vienādu nejaušu krāsu. Lēnām pārvietojiet katru vārdu, kas parāda laiku, uz priekšu (visi burti vienlaikus) un izgaismojiet krāsu no fona krāsas uz nejaušu vērtību.
3. Ātri pārvietojiet visus burtus nejaušā pozīcijā (viens pēc otra) un iedegas gaismas diodes ar dažādu nejaušu krāsu. Pēc tam lēnām pārvietojiet visus burtus uz aizmuguri un izbaliniet krāsu. Turpiniet ar 1. vai 2..

Es arī vēlējos ieviest efektu, kad punkts, kas parāda pašreizējo minūti, pakāpeniski virzās uz priekšu un izbalē, lai pēc minūtes beigām tas būtu priekšējā pozīcijā ar pareizo krāsu. Diemžēl man tas vēl nedarbojās, jo šķiet, ka IR uztvērējs nereaģē.

12. solis: ekrāna piestiprināšana

Sākumā mēs gribējām izmantot baltu audumu kā ekrānu. Problēma bija tāda, ka pēc tā piestiprināšanas pie rāmja audums centrā noliecās, un mēs nonācām pie spilvenu izkropļojumiem. Pēc tam mēs nolēmām ekrānam izmantot plānu baltu PVC foliju. Folija tiek reklamēta arī lampu toņu izgatavošanai, tāpēc tai ir saprātīga pārraide, bet tā nav caurspīdīga, tāpēc melnās vēstuļu kastes paliek paslēptas. Pirmajā izmēģinājumā mēs piestiprinājām foliju, izmantojot epoksīdu, taču tā nelīp pārāk labi, tāpēc mēs pārgājām uz karstu līmi. Tomēr esiet piesardzīgs - ja līme ir pārāk karsta, tā faktiski var izkausēt foliju. Pārpalikuma folija tika noņemta ar precīzu nazi.

13. darbība: augšējā un apakšējā vāka piestiprināšana

Visbeidzot, iekrāsotie koka pārsegi tika piestiprināti augšpusē un apakšā. Tumšā krāsa rada jauku kontrastu ar balto ekrānu. IR uztvērējs tika padots caur caurumu aizmugurējā plāksnē un piestiprināts pie augšējā vāka ar karstu līmi.

14. darbība. Pabeigts pulkstenis un kopsavilkums

Pēc divu mēnešu intensīva darba pulkstenis beidzot tika pabeigts un strādāja. Kopumā esam ļoti apmierināti ar rezultātu. Pārvietojot burtus aiz ekrāna kopā ar gaismas diodes krāsu maiņu, tiek iegūti ļoti stilīgi efekti. Galu galā burti nebija sakārtoti perfekti, un ekrāns nebija 100% plakans, taču tas gandrīz padara to vēl jaukāku. Noteikti ir lietas, kuras var uzlabot, taču es nedomāju, ka 2.0. Versija būs šīs konstrukcijas milzīgo pūļu dēļ, ja vien nākamreiz, kad ražošanu uzticēsim Ķīnai.

Ja jums patīk šī konstrukcija un jums izdevās ritināt uz leju līdz apakšai, lūdzu, balsojiet par mums Epilog konkursā.

Pirmā balva Epilog X konkursā