Word Clock controlat de 114 Servo-uri: 14 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Proiecte Fusion 360 »

Ce are 114 LED-uri și funcționează întotdeauna? După cum știți, răspunsul este un ceas cu cuvinte. Ce are 114 LED-uri + 114 servo-uri și este mereu în mișcare? Răspunsul este acest ceas cu cuvânt servo controlat.

Pentru acest proiect, am făcut echipă cu un prieten de-al meu, care sa dovedit a fi o necesitate datorită efortului mare al acestei construcții. În plus, abilitățile mele electronice și mecanice ale sale s-au completat destul de bine. Ideea pentru această adaptare a popularului ceas de cuvinte ne-a venit în timp ce făceam una obișnuită ca cadou de Crăciun. Acolo, am observat că este posibilă și proiectarea literelor din spate pe o foaie albă de hârtie. La vremea respectivă, aceasta era doar o soluție de soluție alternativă pentru a ne ascunde măiestria nebunească, deoarece am ajuns cu un bul de bule în timp ce atașam un autocolant de vinil cu literele în spatele unei plăci de sticlă. Am observat apoi că se pot obține efecte interesante atunci când îndoim foaia de hârtie, deoarece literele își schimbă dimensiunea și se estompează. Acest lucru ne-a făcut să venim cu ideea de a crea un ceas cu cuvinte în care literele sunt proiectate din spate pe un ecran și pot fi mutate înainte și înapoi pentru a schimba dimensiunea imaginii proiectate. La început, am fost puțin reticenți în a construi acest proiect din cauza costurilor și efortului necesar atunci când doriți să mutați fiecare dintre cele 114 litere individual. Așa că am aruncat cu ideea de a crea o versiune în care doar fiecare cuvânt folosit pentru a afișa ora să poată fi mutat înainte și înapoi. Cu toate acestea, după ce am văzut că concursul Epilog a apărut pe Instructables cerând proiecte epice și, de asemenea, după ce am găsit servo-motoare relativ ieftine, am decis să mergem până la capăt și să facem o versiune adecvată în care fiecare literă este controlată individual de un servo.

ATENȚIE: Aceasta nu este o construcție de o zi!

Pentru a vă face o idee despre efortul care a fost implicat în acest proiect, luați în considerare următoarele numere. Ceasul terminat conține

• 798 modele individuale tipărite 3D (timp total de imprimare ~ 200 ore)
• ~ 600 șuruburi + ~ 250 piulițe și șaibe
• ~ 500 fire (lungime totală ~ 50 m). Fără a lua în considerare firele care erau deja atașate la servo.

Pasul 1: Proiectare

Ceasul a fost proiectat cu Autodesk Fusion 360 și Inventor. După cum puteți vedea, ceasul este format din 114 cutii poștale care sunt mișcate de actuatori lineari care sunt la rândul lor acționați de servomotori. Fiecare cutie poștală conține un LED care proiectează litera pe spatele unui ecran realizat din folie albă de PVC. Toate componentele sunt adăpostite într-un cadru din lemn.

Pasul 2: Adunarea materialelor

Componente electronice

114 servo-motoare SG90 (ebay.de)

Deși servo-urile au fost etichetate cu numele popularului brand „Tower Pro”, acestea sunt cu siguranță mai ieftine. Cu toate acestea, deoarece prețul knockoff-ului este de aproximativ 1 EUR față de 3 EUR pentru original, acest lucru face ca întregul proiect să fie mai accesibil. Aparent, knockoff-urile atrag, de asemenea, mai puțin curent (desigur, acest lucru implică și un cuplu mai mic), ceea ce a făcut mai ușoară găsirea unei surse de alimentare adecvate pentru întregul proiect.

• Banda LED de 5 m WS2812B, 60 LED-uri / m (ebay.de)
• Servo drivere 8x 16 Ch PWM PCA9685 (ebay.de)
• Modul RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• Receptor IR VS1838B + telecomandă (ebay.de)
• Alimentare 5 V, 10 A (ebay.de)
• Cablu prelungitor servo 20x 15 cm (ebay.de)
• cablu priză CC la fir gol (conrad.de)
• Rezistor 300-500 Ohm
• Condensator 1000 µF (> 5 V)

Materiale pentru cadru

• lamele din lemn

  • 2 buc 40 x 10 x 497 mm
  • 2 bucăți 12 x 12 x 461 mm
  • 2 buc 12 x 12 x 20 mm

• multiplex

  • 2 buc 12 x 77 x 481 mm
  • 2 buc 12 x 84 x 489 mm
• folie din PVC alb (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Placă HDF de 500 x 500 mm, grosime 3 mm

Șuruburi, cabluri etc

• 228x șuruburi M2, 8 mm lungime + șaibe + piulițe hexagonale
• 228x șuruburi autofiletante M2.2, 6,5 mm lungime
• diverse șuruburi pentru lemn
• Sârmă de 50 m, 0,22 mm² (24 AWG)

În plus, acest proiect a necesitat o cantitate extinsă de imprimare 3D și lipire. Placa din spate a fost produsă prin tăiere cu laser. Cadrul a fost construit cu ferăstrău circular, ferăstrău și burghiu. În ceea ce privește fiecare proiect decent, am folosit, de asemenea, o mulțime de adeziv fierbinte, de asemenea, unele adeziv epoxidic și plastic.

Costurile totale pentru acest proiect au ajuns la aproximativ 350 EUR.

Pasul 3: Componente imprimate 3D

Cutii de scrisori

Fiecare cutie scrisoare constă dintr-o copertă imprimată 3D care acționează ca o mască de umbră și o placă de bază pe care va fi atașat un LED. Placa de bază include patru știfturi de diblare pentru a ajuta la alinierea pe actuator și șase găuri pentru alimentarea prin cablurile LED. În total, acest lucru face 228 de modele care au fost tipărite toate din PLA negru (Formfutura EasyFill PLA) cu înălțimea stratului de 0,4 mm. Timpul total de imprimare pe Anycubic Kossel Linear Plus a fost de aproximativ 23 de ore pentru copertele de scrisori și de 10 ore pentru plăcile de bază. Toate fișierele stl pot fi găsite în fișierul zip atașat.

Actuatoare

Designul actuatorului a fost adaptat de la Linear Servo Extender de către Roger Rabbit, care a fost foarte util. Deoarece piesele se potrivesc strâns între ele, acestea trebuie imprimate pe o imprimantă 3D decentă. Înălțimea mică a stratului nu este la fel de importantă (0,2 mm este fină) ca un diametru mic al duzei (recomandăm 0,4 mm). Părțile trebuie imprimate în orientarea arătată. Fiecare dispozitiv de acționare este format din 5 piese individuale, deoarece aveam nevoie de 114 dispozitive de acționare, aceasta înseamnă 570 de piese (!) În total. Pentru a le imprima, am folosit puterea combinată a mai multor imprimante 3D profesionale (Ultimaker S2 +, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Totuși, am avut o mulțime de amprente eșuate pe piese și am inclus câteva imagini pentru distracția ta. Timpul total de imprimare a fost de aproximativ 150 de ore (!). Din nou fișierele stl pot fi găsite în fișierul zip atașat.

Pasul 4: Construirea cadrului

Cadrul a fost construit din lamele de lemn și placă multiplex. Părțile au fost tăiate folosind un ferăstrău circular și un ferăstrău și apoi fixate împreună folosind lipici pentru lemn și șuruburi pentru lemn. Capacul de sus și de jos a fost, de asemenea, colorat pentru a da un aspect mai frumos. O descriere detaliată a pieselor, inclusiv toate dimensiunile, poate fi găsită în desenele atașate.

Pasul 5: Asamblarea cutiilor de scrisori

Asamblarea cutiilor poștale a fost o mulțime de muncă și a durat foarte mult, în special lipirea. Acest lucru se datorează faptului că fiecare pas pe care îl faceți trebuie repetat de 114 ori.

1. Tăiați 114 bucăți individuale de pe banda LED
2. Conservați toate plăcuțele cu LED-uri
3. Atașați fiecare LED pe placa posterioară imprimată 3D a unei cutii poștale. LED-ul ar trebui să fie centrat. L-am asigurat și cu adeziv fierbinte.
4. Apoi am pregătit 3x114 = 442 fire, adică tăierea la lungime, dezizolarea capetelor și tăierea lor. Lungimea fiecărui fir a fost de 10 cm fiecare, cu excepția firelor care leagă ultima literă de puncte care trebuie să fie mai lungă (~ 25 cm). De asemenea, firele conectate la prima literă care vor fi conectate la arduino și la sursa de alimentare ar trebui să fie mai lungi.
5. LED-uri cu lanț Diasy folosind fire. Firele sunt alimentate prin orificiile din placa posterioară imprimată 3D a fiecărei cutii poștale.
6. Coperta frontală a cutiei cu scrisori a fost atașată cu lipici
7. Părțile rackului liniar pentru servomotor trebuie lipite între ele
8. Raftul liniar este atașat la partea din spate a cutiei poștale folosind clei

Pasul 6: Asamblarea actuatoarelor

Din nou asamblarea dispozitivelor de acționare a fost o procedură foarte plictisitoare care a durat mult timp.

1. Atașați servo la carcasa imprimată 3D folosind șuruburile incluse
2. Angrenajul rotund este atașat la servo folosind crucea din plastic inclusă, dar mai întâi crucea trebuie tăiată în formă și atașată la angrenaj folosind epoxidic.
3. Atașați uneltele la servo folosind șurubul inclus
4. Înainte de a introduce rack-ul liniar, fiecare servo a fost redus la zero în aceeași poziție
5. Introducerea raftului liniar cu cutia poștală
6. Introducerea a două piulițe hexagonale M2 în carcasa imprimată 3D care vor fi folosite pentru a o atașa ulterior la placa posterioară
7. Închideți carcasa cu capac imprimat 3D folosind șuruburile autofiletante M2.2

În cele din urmă, am ajuns cu o mare mizerie groasă de actuatoare cu lanțuri diasy, așa cum se arată în imaginea de mai sus

Pasul 7: Realizarea plăcii posterioare

Placa din spate a fost tăiată cu laser din lemn HDF cu grosimea de 3 mm folosind un tăietor cu laser CO2 din spațiul nostru local de producător. La început am încercat placaj, dar sa dovedit a fi mult prea slab pentru a susține greutatea tuturor componentelor. Ar fi fost chiar mai bine să folosiți aluminiu în acest caz, dar este, desigur, mai scump și nu poate fi tăiat cu un laser CO2. Fișierul dxf pentru placa de bază este atașat.

Pasul 8: Atașați componente la placa de bază și cablare

La început plăcile PCA9685 ar trebui să fie atașate la placa din spate folosind standoff-uri PCB. Apoi modulul Arduino nano și RTC pot fi plasate așa cum se arată în imaginea de mai sus. Pentru ultimii doi am folosit suporturi tipărite 3D care au fost atașate cu adeziv fierbinte. Componentele au fost conectate așa cum se arată în schema de cablare. Rețineți că cel mai bine este să alimentați fiecare PCA9685 separat prin blocul de borne. La început am înlănțuit și conectorii V + și GND și am conectat doar blocul terminal al primei plăci (așa cum este sugerat pe pagina adafruit), totuși, în acest caz, tot curentul trece prin prima placă și am ajuns să ardem MOSFET-ul a circuitului de protecție inversă. Există, de asemenea, atașată o foaie de calcul care arată cablarea servo-urilor. Cabluri de prelungire pentru servos unde au fost utilizate ori de câte ori este necesar. Rețineți că trebuie să atribuiți adrese I2C diferite fiecărui PCA9685, așa cum se explică pe pagina adafruit.

Actuatoarele au fost apoi atașate la placa din spate folosind șuruburi M2 228x. Lucrarea a fost din nou foarte monotonă, dar după ce a fost terminată, ceasul începea deja să prindă contur. De asemenea, am încercat să organizăm cablurile servo cât mai bine posibil, dar în cele din urmă cablarea a fost încă foarte dezordonată.

Alimentarea a fost furnizată prin alimentarea cablului de curent continuu prin placa din spate și conectarea la un bloc de borne.

Pasul 9: Atașarea plăcii posterioare la cadru

După ce toate componentele au fost montate și cablurile organizate, am atașat placa posterioară la cadru folosind șuruburi M4 de 6x. Din păcate, am lăsat foarte puțin spațiu pentru ca toate cablurile să se potrivească, astfel încât acestea au trebuit strânse puțin.

Pasul 10: Calibrarea Servo-urilor

Deoarece înălțimea tuturor cutiilor poștale a fost ușor diferită după montare, am folosit codul atașat pentru a calibra toate servoanele, astfel încât cutiile poștale să aibă aceleași poziții minime și maxime. Pentru poziția maximă am încercat să plasăm cutia cu scrisori cât mai aproape posibil de ecran. Pozițiile min / max calibrate pentru fiecare servo sunt apoi introduse ulterior în codul principal.

Pasul 11: Încărcarea codului

Atașat este codul principal pentru cuvântul ceas. Există trei tipuri de efecte pentru a arăta ora.

1. Mutați rapid toate literele înapoi (una după alta) și aprindeți LED-uri cu o culoare aleatorie egală. Apoi mutați rapid litere care afișează ora în față una după alta și aprindeți fiecare cuvânt într-o culoare aleatorie.
2. Mutați rapid toate literele înapoi (una după alta) și aprindeți LED-uri cu o culoare aleatorie egală. Mutați încet fiecare cuvânt care afișează ora în față (toate literele simultan) și estompează culoarea de la culoarea de fundal la o valoare aleatorie.
3. Mutați rapid toate literele într-o poziție aleatorie (una după alta) și aprindeți LED-uri cu culori aleatorii diferite. Apoi mutați încet toate literele înapoi și estompați culoarea. Continuați cu 1. sau 2.

De asemenea, am vrut să implementez un efect în care punctul care arată minutul curent se mișcă treptat înainte și se estompează culoarea, astfel încât să fie la poziția din față cu culoarea corectă când minutul este terminat. Din păcate, nu am reușit să funcționeze încă, deoarece pare să facă receptorul IR să nu mai răspundă.

Pasul 12: Atașarea ecranului

La început am vrut să folosim țesătura albă ca ecran. Problema a fost că, după ce ați atașat-o la cadru, materialul s-a aplecat în centru și am ajuns la o distorsiune a pernei. Am decis apoi să folosim în schimb o folie subțire din PVC alb pentru ecran. Folia este, de asemenea, promovată pentru realizarea umbrelor de lampă, astfel încât are o transmisie rezonabilă, dar nu este filtrată, astfel încât cutiile poștale negre rămân ascunse. În prima noastră încercare am atașat folia folosind epoxidic, dar nu s-a lipit prea bine, așa că am trecut la lipici fierbinte. Aveți grijă însă că, dacă lipiciul este prea fierbinte, acesta poate topi folia. Folia în exces a fost îndepărtată cu un cuțit exacto.

Pasul 13: Atașarea capacului superior și inferior

În cele din urmă, capacele din lemn pătat au fost atașate de sus și de jos. Culoarea închisă face un contrast frumos cu ecranul alb. Receptorul IR a fost alimentat prin orificiul din placa posterioară și fixat pe capacul superior cu adeziv fierbinte.

Pasul 14: Ceas finalizat și rezumat

După două luni de muncă intensă, ceasul a fost în cele din urmă terminat și a funcționat. În general, suntem foarte mulțumiți de rezultat. Deplasarea literelor în spatele ecranului asociată cu schimbarea culorilor LED-urilor produce efecte foarte cool. În cele din urmă literele nu s-au aliniat perfect și ecranul nu era 100% plat, dar acest lucru aproape îl face să arate și mai frumos. Există cu siguranță lucruri care pot fi îmbunătățite, dar nu cred că va exista o versiune 2.0 din cauza efortului monumental al acestei construcții, cu excepția cazului în care data viitoare vom externaliza producția către China.

Dacă vă place această construcție și ați reușit să derulați până în jos, vă rugăm să ne votați în Concursul Epilog.

Premiul I în Concursul Epilog X