Word Word Dikendalikan oleh 114 Servos: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Projek Fusion 360 »

Apa yang mempunyai 114 LED dan selalu berfungsi? Seperti yang anda ketahui jawapannya adalah jam perkataan. Apa yang mempunyai 114 LED + 114 servo dan selalu bergerak? Jawapannya ialah jam perkataan terkawal servo ini.

Untuk projek ini, saya bekerjasama dengan rakan saya yang semestinya menjadi mustahak kerana usaha yang besar dalam pembinaan ini. Sebagai tambahan, kemahiran elektronik dan mekanik saya saling melengkapi antara satu sama lain. Idea untuk penyesuaian jam perkataan yang popular ini kami sampaikan ketika kami menjadikannya biasa sebagai hadiah natal. Di sana, kami perhatikan bahawa mungkin juga memproyeksikan huruf dari belakang ke sehelai kertas putih. Pada masa ini, ini adalah satu-satunya jalan keluar untuk menyembunyikan keahlian buruk kami kerana kami akhirnya menggunakan sebilangan besar gelembung sambil melekatkan pelekat vinil dengan huruf di bahagian belakang piring kaca. Kami kemudian menyedari bahawa seseorang dapat memperoleh kesan menarik ketika membongkok selembar kertas kerana hurufnya berubah ukuran dan menjadi kabur. Ini membuat kami datang dengan idea untuk membuat jam kata di mana huruf-huruf tersebut diproyeksikan dari belakang ke layar dan dapat dipindahkan bolak-balik untuk mengubah ukuran gambar yang diproyeksikan. Pada mulanya kami agak enggan membina projek ini kerana kos dan usaha yang diperlukan ketika anda ingin memindahkan masing-masing 114 huruf secara individu. Oleh itu, kami melemparkan idea untuk membuat versi di mana setiap perkataan yang digunakan untuk memaparkan waktu dapat dipindahkan berulang-alik. Namun, setelah melihat bahawa peraduan Epilog muncul di Instructables yang meminta projek epik, dan juga setelah menemui motor servo yang agak murah, kami memutuskan untuk terus maju dan membuat versi yang tepat di mana setiap huruf dikendalikan secara individu oleh servo.

PERHATIAN: Ini bukan binaan sehari!

Untuk memberi anda idea mengenai usaha yang terlibat dalam projek ini, pertimbangkan nombor berikut. Jam siap berisi

• 798 model bercetak 3D individu (jumlah masa percetakan ~ 200 jam)
• ~ 600 skru + ~ 250 kacang dan mesin basuh
• ~ 500 wayar (panjang keseluruhan ~ 50 m). Tidak mengira wayar yang sudah terpasang pada servo.

Langkah 1: Reka bentuk

Jam dirancang dengan Autodesk Fusion 360 dan Inventor. Seperti yang anda lihat, jam terdiri daripada 114 kotak surat yang digerakkan oleh penggerak linear yang seterusnya digerakkan oleh motor servo. Setiap kotak surat mengandungi LED yang memproyeksikan huruf ke belakang layar yang terbuat dari kerajang PVC putih. Semua komponen diletakkan dalam bingkai kayu.

Langkah 2: Mengumpulkan Bahan

Komponen elektronik

Motor servo mikro 114x SG90 (ebay.de)

Walaupun servo dilabelkan dengan nama jenama terkenal "Tower Pro", mereka pasti merupakan tiruan yang lebih murah. Walau bagaimanapun, kerana harga tiruan adalah sekitar 1 EUR berbanding 3 EUR untuk yang asli, ini menjadikan keseluruhan projek lebih berpatutan. Rupa-rupanya, tiruan juga menarik arus yang lebih sedikit (tentu ini juga menyiratkan tork kurang) yang menjadikannya lebih mudah untuk mencari bekalan kuasa yang sesuai untuk keseluruhan projek.

• Jalur LED 5 m WS2812B, 60 LED / m (ebay.de)
• Pemacu servo 8x 16 Ch PWM PCA9685 (ebay.de)
• Modul RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• Penerima IR VS1838B + jauh (ebay.de)
• Bekalan kuasa 5 V, 10 A (ebay.de)
• Kabel sambungan servo 20x15 cm (ebay.de)
• soket DC kabel ke wayar telanjang (conrad.de)
• Perintang 300-500 Ohm
• Kapasitor 1000 µF (> 5 V)

Bahan untuk bingkai

• bilah kayu

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

• multipleks

  • 2 pcs 12 x 77 x 481 mm
  • 2 pcs 12 x 84 x 489 mm
• kerajang PVC putih (700 x 1000 x 0.3 mm) (modulor.de)
• Plat HDF 500 x 500 mm, tebal 3mm

Skru, kabel, dll

• 228x M2 skru, 8 mm panjang + mesin basuh + kacang hex
• Skru penoreh sendiri 228x M2.2, panjang 6.5 mm
• pelbagai skru kayu
• 50 m, wayar 0.22 mm2 (24 AWG)

Sebagai tambahan, projek ini memerlukan sejumlah besar percetakan dan pematerian 3D. Plat belakang dihasilkan melalui pemotongan laser. Rangka itu dibangun dengan gergaji bulat, jigsaw dan gerudi. Untuk setiap projek yang baik, kami juga menggunakan banyak gam panas, juga beberapa gam epoksi dan plastik.

Jumlah kos untuk projek ini mencecah 350 EUR.

Langkah 3: Komponen Bercetak 3D

Kotak Surat

Setiap kotak surat terdiri daripada sampul bercetak 3D yang berfungsi sebagai topeng bayangan dan pelat dasar di mana LED akan dipasang. Plat asas merangkumi empat pin dowel untuk membantu penjajaran ke penggerak dan enam lubang untuk memasukkan kabel LED. Secara keseluruhan, ini menjadikan 228 model yang semuanya dicetak dari PLA hitam (Formfutura EasyFill PLA) dengan ketinggian lapisan 0,4 mm. Jumlah masa mencetak pada Anycubic Kossel Linear Plus saya adalah sekitar 23 jam untuk sampul surat dan 10 jam untuk plat asas. Semua fail stl boleh didapati di fail zip yang dilampirkan.

Penggerak

Reka bentuk penggerak disesuaikan dari Linear Servo Extender oleh Roger Rabbit yang sangat membantu. Oleh kerana bahagian-bahagiannya dipasang rapat, ia mesti dicetak pada pencetak 3D yang baik. Ketinggian lapisan kecil tidak begitu penting (0.2 mm baik) seperti diameter muncung kecil (kami mengesyorkan 0.4 mm). Bahagian hendaklah dicetak mengikut arah yang ditunjukkan. Setiap penggerak terdiri daripada 5 bahagian individu, kerana kita memerlukan 114 penggerak ini bermakna keseluruhan 570 bahagian (!). Untuk mencetaknya, kami menggunakan kekuatan gabungan beberapa pencetak 3D profesional (Ultimaker S2 +, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Masih terdapat banyak cetakan yang gagal pada bahagian tersebut dan saya memasukkan beberapa gambar untuk hiburan anda. Jumlah masa percetakan adalah sekitar 150 jam (!). Sekali lagi fail stl boleh didapati di fail zip yang dilampirkan.

Langkah 4: Membina Bingkai

Rangka itu disusun dari bilah kayu dan papan multiplex. Bahagian dipotong menggunakan gergaji bulat dan jigsaw dan kemudian dipasang bersama menggunakan gam kayu dan skru kayu. Penutup atas dan bawah juga diwarnai untuk memberikan penampilan yang lebih baik. Penerangan terperinci mengenai bahagian-bahagian termasuk semua dimensi terdapat dalam gambar yang dilampirkan.

Langkah 5: Menyusun Kotak Surat

Menyusun kotak surat banyak kerja dan memerlukan masa yang sangat lama, terutama pematerian. Ini kerana setiap langkah yang anda buat harus diulang 114 kali.

1. Potong 114 keping individu dari jalur LED
2. Tin semua pad LED
3. Pasang setiap LED ke plat belakang cetak 3D kotak surat. LED harus dipusatkan. Kami juga menyimpannya dengan gam panas.
4. Seterusnya kami menyiapkan wayar 3x114 = 442, iaitu memotong panjang, melucutkan hujungnya dan merapikannya. Panjang setiap wayar masing-masing 10 cm kecuali wayar yang menghubungkan huruf terakhir ke titik yang harus lebih panjang (~ 25 cm). Kabel yang disambungkan ke huruf pertama yang akan disambungkan ke arduino dan bekalan kuasa harus lebih lama.
5. LED rantai diasy menggunakan wayar. Kabel disalurkan melalui lubang di plat belakang bercetak 3D setiap kotak surat.
6. Sampul depan kotak surat dilekatkan dengan gam
7. Bahagian rak linier untuk penggerak perlu dilekatkan bersama
8. Rak linear dipasang di bahagian belakang kotak surat menggunakan gam

Langkah 6: Memasang Penggerak

Sekali lagi memasang penggerak adalah prosedur yang sangat membosankan yang memerlukan masa yang lama.

1. Pasang servo ke perumahan bercetak 3D menggunakan skru yang disertakan
2. Gear bulat dilekatkan pada servo menggunakan palang plastik yang disertakan tetapi pertama salib perlu dipotong untuk membentuk dan dilekatkan pada roda gigi menggunakan epoksi.
3. Pasang gear ke servo menggunakan skru yang disertakan
4. Sebelum memasukkan rak linier, setiap servo diarahkan ke kedudukan yang sama
5. Memasukkan rak linier dengan kotak surat
6. Memasukkan dua hexnut M2 di perumahan bercetak 3D yang akan digunakan untuk memasangkannya ke pelat belakang kemudian
7. Tutup perumahan dengan penutup bercetak 3D menggunakan skru mengetuk sendiri M2.2

Pada akhirnya kami berakhir dengan kekacauan besar penggerak berantai berantai seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas

Langkah 7: Membuat Plat Belakang

Plat belakang dipotong laser dari kayu HDF setebal 3 mm menggunakan pemotong laser CO2 dari ruang pembuat tempatan kami. Pada mulanya kami mencuba papan lapis tetapi ternyata terlalu tipis untuk menyokong berat semua komponen. Lebih baik menggunakan aluminium dalam kes ini, tetapi tentu saja lebih mahal dan tidak dapat dipotong dengan laser CO2. Fail dxf untuk pelat belakang dilampirkan.

Langkah 8: Pasang Komponen ke Plat Belakang dan Pendawaian

Pada mulanya papan PCA9685 harus dilekatkan pada pelat belakang dengan menggunakan PCB. Kemudian modul Arduino nano dan RTC dapat diletakkan seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Untuk kedua yang terakhir, kami menggunakan pemegang bercetak 3D yang dilekatkan dengan gam panas. Komponen disambungkan seperti yang ditunjukkan dalam rajah pendawaian. Perhatikan bahawa yang terbaik adalah menghidupkan setiap PCA9685 secara berasingan melalui blok terminal. Pada mulanya kami daisy merantai juga penyambung V + dan GND dan hanya menghubungkan blok terminal papan pertama (seperti yang disarankan di halaman adafruit), namun, dalam hal ini semua arus melalui papan pertama dan akhirnya kami membakar MOSFET litar perlindungan terbalik. Terdapat juga spreadsheet yang melampirkan yang menunjukkan pemasangan kabel servo. Kabel pelanjutan untuk servo di mana digunakan bila diperlukan. Perhatikan bahawa anda harus memberikan alamat I2C yang berbeza untuk setiap PCA9685 seperti yang dijelaskan di halaman adafruit.

Penggerak kemudian dilekatkan pada pelat belakang menggunakan skru 228x M2. Kerja itu sekali lagi sangat monoton tetapi setelah selesai jam sudah mula terbentuk. Kami juga berusaha mengatur kabel servo sebaik mungkin tetapi pada akhirnya kabel masih tidak kemas.

Kuasa dibekalkan dengan memasukkan kabel DC melalui plat belakang dan menghubungkannya ke blok terminal.

Langkah 9: Melampirkan Piring Belakang ke Bingkai

Setelah semua komponen dipasang dan kabel disusun, kami memasang pelat belakang ke bingkai menggunakan skru 6x M4. Malangnya, kami meninggalkan sedikit ruang untuk semua kabel dipasang sehingga mereka terpaksa dipotong sedikit.

Langkah 10: Menentukur Servos

Oleh kerana ketinggian semua kotak surat sedikit berbeza setelah pemasangan, kami menggunakan kod yang dilampirkan untuk mengkalibrasi semua servos sehingga kotak surat mempunyai posisi minimum dan maksimum yang sama. Untuk posisi maksimum, kami cuba meletakkan kotak surat sedekat mungkin ke layar. Kedudukan min / max yang dikalibrasi untuk setiap servo kemudian dimasukkan ke dalam kod utama.

Langkah 11: Memuat naik Kod

Terlampir adalah kod utama untuk jam perkataan. Terdapat tiga jenis kesan untuk menunjukkan masa.

1. Pindahkan semua huruf ke belakang dengan cepat (satu demi satu) dan LED ringan dengan warna rawak yang sama. Kemudian dengan cepat pindahkan huruf yang memaparkan waktu ke depan satu demi satu dan menerangi setiap perkataan dengan warna rawak.
2. Pindahkan semua huruf ke belakang dengan cepat (satu demi satu) dan LED ringan dengan warna rawak yang sama. Pindahkan perlahan setiap perkataan yang memaparkan waktu ke depan (semua huruf secara serentak) dan pudar warna dari warna latar ke nilai rawak.
3. Pindahkan semua huruf dengan cepat ke kedudukan rawak (satu demi satu) dan LED cahaya dengan warna rawak yang berbeza. Kemudian perlahan-lahan gerakkan semua huruf ke belakang dan pudar warnanya. Teruskan dengan 1. atau 2.

Saya juga ingin menerapkan kesan di mana titik yang menunjukkan minit semasa secara beransur-ansur bergerak maju dan memudar warna sehingga berada di positon depan dengan warna yang betul ketika minit selesai. Malangnya, saya masih belum berfungsi kerana nampaknya menjadikan penerima IR tidak responsif.

Langkah 12: Melampirkan Skrin

Pada mulanya kami mahu menggunakan kain putih sebagai skrin. Masalahnya ialah setelah melekatkannya pada bingkai kain membongkok di tengah dan kami akhirnya mengalami distorsi pincushion. Kami kemudian memutuskan untuk menggunakan kerajang PVC putih nipis untuk skrin. Kerajang ini juga diiklankan untuk membuat warna lampu sehingga memiliki transmisi yang masuk akal tetapi tidak melintang sehingga kotak surat hitam tetap tersembunyi. Dalam percubaan pertama kami melekatkan kerajang menggunakan epoksi tetapi tidak melekat terlalu baik sehingga kami beralih ke lem panas. Hati-hati walaupun jika lem terlalu panas ia benar-benar boleh mencairkan kerajang. Kerajang yang berlebihan dikeluarkan dengan pisau tepat.

Langkah 13: Memasang Penutup Bahagian Atas dan Bawah

Akhirnya penutup kayu berwarna dilekatkan pada bahagian atas dan bawah. Warna gelap membuat kontras yang bagus dengan skrin putih. Penerima IR dimasukkan melalui lubang di pelat belakang dan dipasang ke penutup atas dengan gam panas.

Langkah 14: Jam dan Ringkasan yang Selesai

Selepas dua bulan kerja intensif, jam akhirnya selesai dan berfungsi. Secara keseluruhan kami sangat gembira dengan hasilnya. Menggerakkan huruf di belakang skrin yang dipasangkan dengan menukar warna LED menghasilkan kesan kelihatan sangat keren. Pada akhirnya huruf-hurufnya tidak sebaris dengan sempurna dan skrinnya tidak rata 100% tetapi ini hampir menjadikannya kelihatan lebih bagus. Sudah tentu ada perkara yang boleh diperbaiki tetapi saya tidak menyangka akan ada versi 2.0 kerana usaha besar pembangunan ini, kecuali pada waktu berikutnya kita mengeluarkan pengeluarannya ke China.

Sekiranya anda menyukai binaan ini dan berjaya menatal ke bawah hingga ke bawah, sila pilih kami dalam Peraduan Epilog.

Hadiah Pertama dalam Peraduan Epilog X