Hodiny Word ovládané 114 servami: 14 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Projekty Fusion 360 »

Čo má 114 LED diód a vždy svieti? Ako možno viete, odpoveďou sú slovné hodiny. Čo má 114 diód LED + 114 serv a stále sa pohybuje? Odpoveďou sú tieto slovom riadené servomotory.

Pri tomto projekte som sa spojil s mojím priateľom, ktorý sa kvôli veľkému úsiliu tejto stavby ukázal ako nevyhnutný. Navyše sa moje elektronické a jeho mechanické súpravy celkom dobre dopĺňali. Myšlienka tejto úpravy obľúbených slovných hodín na nás prišla, keď sme vyrábali obyčajný ako vianočný darček. Tam sme si všimli, že je tiež možné premietať písmená zozadu na biely list papiera. V tej dobe to bolo iba riešenie, ako skryť naše mizerné majstrovstvo, pretože sme skončili s množstvom bublín a pripevnili sme vinylovú nálepku s písmenami na zadnú stranu sklenenej dosky. Potom sme si všimli, že pri ohýbaní listu papiera je možné dosiahnuť zaujímavé efekty, pretože písmená menia veľkosť a rozmazávajú sa. Vďaka tomu sme prišli s myšlienkou vytvoriť slovné hodiny, kde by sa písmená premietali zozadu na obrazovku a dalo by sa nimi pohybovať tam a späť, aby sa zmenila veľkosť premietaného obrazu. Spočiatku sme sa trochu zdráhali postaviť tento projekt kvôli nákladom a úsiliu, ktoré potrebujete, keď chcete presunúť každé zo 114 písmen jednotlivo. Hodili sme sa preto s myšlienkou vytvoriť verziu, v ktorej by bolo možné každé slovo, ktoré sa používa na zobrazenie času, presúvať tam a späť. Avšak potom, čo sme videli, že sa blíži súťaž Epilog na Instructables, ktorá požaduje epické projekty, a tiež po nájdení relatívne lacných servomotorov, rozhodli sme sa ísť celú cestu a vytvoriť správnu verziu, kde každé písmeno je individuálne ovládané servom.

POZOR: Toto nie je jednodňová stavba!

Aby ste získali predstavu o úsilí, ktoré bolo zahrnuté v tomto projekte, vezmite do úvahy nasledujúce čísla. Hotové hodiny obsahujú

• 798 individuálnych 3D tlačených modelov (celkový čas tlače ~ 200 hodín)
• ~ 600 skrutiek + ~ 250 matíc a podložiek
• ~ 500 drôtov (celková dĺžka ~ 50 m). Nepočítajúc drôty, ktoré už boli pripevnené k servám.

Krok 1: Návrh

Hodiny boli navrhnuté s aplikáciami Autodesk Fusion 360 a Inventor. Ako vidíte, hodiny sa skladajú zo 114 schránok letterbox, ktoré sú poháňané lineárnymi pohonmi, ktoré sú zase poháňané servomotormi. Každý letterbox obsahuje LED diódu, ktorá premieta písmeno na zadnú stranu obrazovky z bielej PVC fólie. Všetky komponenty sú uložené v drevenom ráme.

Krok 2: Zhromažďovanie materiálov

Elektronické komponenty

114 x mikro servomotory SG90 (ebay.de)

Aj keď boli servá označené názvom obľúbenej značky „Tower Pro“, ide určite o lacnejšie knockffy. Keďže však cena knockoffu je približne 1 EUR v porovnaní s 3 EUR za originál, celý projekt je tak oveľa dostupnejší. Zdá sa, že knockoffy tiež odoberajú menší prúd (samozrejme to znamená aj menší krútiaci moment), čo uľahčilo nájdenie vhodného napájacieho zdroja pre celý projekt.

• 5 m LED pás WS2812B, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16 -kanálový servopohon PWM PCA9685 (ebay.de)
• Modul RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• IR prijímač VS1838B + diaľkové ovládanie (ebay.de)
• Napájanie 5 V, 10 A (ebay.de)
• Predlžovací kábel servo 20 x 15 cm (ebay.de)
• kábel zásuvka DC na holý vodič (conrad.de)
• Odpor 300-500 Ohm
• 1000 µF kondenzátor (> 5 V)

Materiály pre rám

• drevené lamely

  • 2 ks 40 x 10 x 497 mm
  • 2 ks 12 x 12 x 461 mm
  • 2 ks 12 x 12 x 20 mm

• multiplex

  • 2 ks 12 x 77 x 481 mm
  • 2 ks 12 x 84 x 489 mm
• biela PVC fólia (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Doska HDF 500 x 500 mm, hrúbka 3 mm

Skrutky, káble atď

• 228x skrutky M2, dlhé 8 mm + podložky + šesťhranné matice
• 228x samorezné skrutky M2.2, dlhé 6,5 mm
• rôzne skrutky do dreva
• Drôt 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG)

Tento projekt navyše vyžadoval rozsiahle množstvo 3D tlače a spájkovania. Zadná doska bola vyrobená laserovým rezaním. Rám bol postavený pomocou kotúčovej píly, skladačky a vŕtačky. Na každý slušný projekt sme použili aj veľa horúceho lepidla, tiež epoxidového a plastového lepidla.

Celkové náklady na tento projekt dosiahli zhruba 350 EUR.

Krok 3: 3D tlačené komponenty

Krabice na listy

Každý box s písmenami sa skladá z 3D vytlačeného krytu, ktorý funguje ako tieňová maska, a základnej dosky, na ktorú bude pripevnená dióda LED. Základná doska obsahuje štyri kolíkové kolíky, ktoré pomáhajú zarovnať na pohon, a šesť otvorov na vedenie káblami LED. Celkovo to predstavuje 228 modelov, ktoré boli všetky vytlačené z čiernej PLA (Formfutura EasyFill PLA) s výškou vrstvy 0,4 mm. Celkový čas tlače na môj Anycubic Kossel Linear Plus bol asi 23 hodín pre obálky listov a 10 hodín pre základné dosky. Všetky súbory stl nájdete v priloženom súbore zip.

Ovládače

Dizajn pohonu bol upravený z lineárneho servozosilovača Roger Rabbit, ktorý bol veľmi užitočný. Pretože diely do seba tesne zapadajú, mali by byť vytlačené na slušnej 3D tlačiarni. Malá výška vrstvy nie je taká dôležitá (0,2 mm je v poriadku) ako malý priemer trysky (odporúčame 0,4 mm). Časti by mali byť vytlačené v zobrazenej orientácii. Každý pohon sa skladá z 5 samostatných častí, pretože sme potrebovali 114 pohonov, to znamená celkom 570 dielov (!). Na ich tlač sme použili kombinovaný výkon niekoľkých profesionálnych 3D tlačiarní (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Napriek tomu sme na častiach mali veľa neúspešných výtlačkov a pre potešenie som pridal niekoľko obrázkov. Celkový čas tlače bol asi 150 hodín (!). Súbory stl nájdete opäť v priloženom súbore zip.

Krok 4: Konštrukcia rámu

Rám bol vyrobený z drevených lamiel a multiplexnej dosky. Diely boli narezané pomocou kotúčovej píly a priamočiarej píly a potom boli navzájom spojené pomocou lepidla na drevo a skrutiek do dreva. Horný a dolný kryt bol tiež zafarbený, aby mal krajší vzhľad. Podrobný popis dielov vrátane všetkých rozmerov nájdete na priložených výkresoch.

Krok 5: Zostavenie schránok na listy

Zostavenie poštových schránok bolo veľa práce a trvalo to veľmi dlho, najmä spájkovanie. Každý krok, ktorý urobíte, sa totiž musí zopakovať 114 -krát.

1. Z LED pásu vystrihnite 114 jednotlivých kúskov
2. Cínové všetky LED podložky
3. Pripojte každú LED k 3D tlačenej zadnej doske letterboxu. LED dióda by mala byť vycentrovaná. Tiež sme to zaistili horúcim lepidlom.
4. Ďalej sme pripravili drôty 3x114 = 442, t. J. Skrátenie na dĺžku, odizolovanie koncov a pocínovanie. Dĺžka každého vodiča bola 10 cm, s výnimkou drôtov spájajúcich posledné písmeno s bodkami, ktoré musia byť dlhšie (~ 25 cm). Tiež vodiče pripojené k prvému písmenu, ktoré budú pripojené k arduinu a napájaniu, by mali byť dlhšie.
5. LED diódy diasy pomocou drôtov. Vodiče sú vedené cez otvory v 3D tlačenej zadnej doske každého letterboxu.
6. Predný kryt schránky na listy bol pripevnený lepidlom
7. Časti lineárneho stojana pre pohon je potrebné zlepiť
8. Lineárny stojan sa pripevňuje na zadnú stranu schránky pomocou lepidla

Krok 6: Zostavenie pohonov

Zostavenie pohonov bolo opäť veľmi únavným procesom, ktorý trval dlho.

1. Pripojte servo k puzdru s 3D tlačou pomocou dodaných skrutiek
2. Okrúhle ozubené koleso je pripevnené k servu pomocou priloženého plastového kríža, ale najskôr je potrebné kríž vyrezať do tvaru a pripevniť k prevodu pomocou epoxidu.
3. Pripojte prevodovku k servu pomocou dodanej skrutky
4. Pred vložením lineárneho stojana bolo každé servo vynulované do rovnakej polohy
5. Vloženie lineárneho stojana do letterboxu
6. Vloženie dvoch šesťhranných matíc M2 do puzdra s 3D tlačou, ktoré sa neskôr použije na pripevnenie k zadnej doske
7. Zatvorte kryt pomocou 3D tlačeného krytu pomocou samorezných skrutiek M2.2

Nakoniec sme skončili s veľkým hrubým chaosom dialyzovaných reťazových pohonov, ako je to znázornené na obrázku vyššie

Krok 7: Vytvorenie zadnej dosky

Zadná doska bola rezaná laserom z 3 mm hrubého dreva HDF pomocou CO2 laserovej rezačky z nášho miestneho výrobného priestoru. Najprv sme vyskúšali preglejku, ale ukázalo sa, že je príliš krehká, aby podporila hmotnosť všetkých komponentov. V tomto prípade by bolo ešte lepšie použiť hliník, ale je to samozrejme drahšie a nedá sa rezať CO2 laserom. Súbor dxf pre zadnú dosku je priložený.

Krok 8: Pripojte komponenty k zadnej doske a kabeláži

Najprv by mali byť dosky PCA9685 pripevnené k zadnej doske pomocou dištančných spojov PCB. Potom je možné umiestniť modul Arduino nano a RTC, ako je znázornené na obrázku vyššie. Na posledné dva sme použili 3D tlačené držiaky, ktoré boli pripevnené horúcim lepidlom. Komponenty boli zapojené podľa schémy zapojenia. Všimnite si toho, že je najlepšie napájať každý PCA9685 oddelene cez svorkovnicu. Najprv sme zapojili do reťazca aj konektory V+ a GND a pripojili iba svorkovnicu prvej dosky (ako je uvedené na stránke adafruit), v tomto prípade však všetok prúd prechádza prvou doskou a skončilo sa spaľovaním MOSFETu. obvodu reverznej ochrany. K dispozícii je tiež tabuľka zobrazujúca kabeláž serv. Predlžovacie káble pre serva sa používajú vždy, keď je to potrebné. Všimnite si toho, že každému PCA9685 musíte priradiť rôzne adresy I2C, ako je vysvetlené na stránke adafruit.

Ovládače boli potom pripevnené k základnej doske pomocou 228 x skrutiek M2. Práca bola opäť veľmi monotónna, ale po dokončení sa hodiny už začínali rysovať. Tiež sme sa pokúsili zorganizovať servo káble čo najlepšie, ale nakoniec bola kabeláž stále veľmi chaotická.

Napájanie bolo dodávané privádzaním DC kábla cez zadnú dosku a jeho zapojením do svorkovnice.

Krok 9: Pripojenie zadnej dosky k rámu

Potom, čo boli namontované všetky komponenty a usporiadané káble, sme pripevnili zadnú dosku k rámu pomocou 6 x skrutiek M4. Žiaľ, ponechali sme veľmi malý priestor na to, aby sa zmestili všetky káble, takže ich bolo potrebné trochu stlačiť.

Krok 10: Kalibrácia serva

Pretože výška všetkých poštových schránok bola po montáži mierne odlišná, použili sme priložený kód na kalibráciu všetkých servov tak, aby poštové schránky mali rovnakú minimálnu a maximálnu polohu. Pre maximálnu polohu sme sa pokúsili umiestniť letterbox čo najbližšie k obrazovke. Kalibrované polohy min/max pre každé servo sa neskôr zadajú do hlavného kódu.

Krok 11: Odovzdanie kódu

V prílohe je hlavný kód slova hodiny. Na zobrazenie času existujú tri druhy efektov.

1. Rýchlo presuňte všetky písmená dozadu (jedno po druhom) a rozsvieťte diódy LED s rovnakou náhodnou farbou. Potom rýchlo presuňte písmena, ktoré zobrazujú čas, dopredu za sebou a každé slovo rozsvieťte náhodnou farbou.
2. Rýchlo presuňte všetky písmená dozadu (jedno po druhom) a rozsvieťte diódy LED s rovnakou náhodnou farbou. Pomaly presuňte každé slovo, ktoré zobrazuje čas, dopredu (všetky písmená súčasne) a zmiznite farba z farby pozadia na náhodnú hodnotu.
3. Rýchlo presuňte všetky písmená do náhodnej polohy (jedno po druhom) a rozsvieťte diódy LED s rôznymi náhodnými farbami. Potom pomaly presuňte všetky písmena dozadu a vyblednite farbu. Pokračujte 1. alebo 2.

Tiež som chcel implementovať efekt, kde sa bodka, ktorá ukazuje aktuálnu minútu, postupne pohybuje dopredu a bledne, aby bola farba po skončení minúty v prednej pozícii so správnou farbou. Bohužiaľ som to ešte nespustil, pretože sa zdá, že IR prijímač nereaguje.

Krok 12: Pripojenie obrazovky

Najprv sme chceli ako obrazovku použiť bielu tkaninu. Problém bol v tom, že po pripevnení k rámu sa tkanina v strede ohýbala a skončili sme s deformáciou vankúša. Potom sme sa rozhodli namiesto toho použiť na obrazovku tenkú bielu PVC fóliu. Fólia je tiež inzerovaná na výrobu tienidiel, aby mala primeraný prenos, ale nie je priehľadná, takže čierne schránky na dopisy zostávajú skryté. V našej prvej skúške sme fóliu pripevnili epoxidom, ale nelepila sa príliš dobre, takže sme prešli na horúce lepidlo. Dávajte si však pozor, ak je lepidlo príliš horúce, môže skutočne roztaviť fóliu. Prebytočná fólia bola odstránená presným nožom.

Krok 13: Nasadenie horného a dolného krytu

Nakoniec boli k hornej a spodnej časti pripevnené kryty z moreného dreva. Tmavá farba vytvára príjemný kontrast k bielej obrazovke. IR prijímač bol zavedený cez otvor v zadnej doske a pripevnený k hornému krytu horúcim lepidlom.

Krok 14: Hotové hodiny a zhrnutie

Po dvoch mesiacoch intenzívnej práce boli hodiny konečne hotové a fungovali. Celkovo sme s výsledkom veľmi spokojní. Pohyb písmen za obrazovkou spojený so zmenou farieb LED diód vytvára veľmi chladné efekty. Nakoniec sa písmená nezarovnávali dokonale a obrazovka nebola 100% plochá, ale vďaka tomu vyzeral ešte krajšie. Určite existujú veci, ktoré je možné zlepšiť, ale nemyslím si, že bude existovať verzia 2.0 kvôli monumentálnemu úsiliu tejto stavby, pokiaľ nabudúce neprenesieme výrobu do Číny.

Ak sa vám táto zostava páči a podarilo sa vám posúvať sa až na úplné dno, hlasujte za nás v Epilogickej súťaži.

Prvá cena v súťaži Epilog X