Word Clock Controlled by 114 Servos: 14 Steps (with Pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Projekty Fusion 360 »

Co má 114 LED diod a stále svítí? Jak možná víte, odpověď je slovní hodiny. Co má 114 LED + 114 serva a stále se pohybuje? Odpovědí jsou tyto servo ovládané slovní hodiny.

Pro tento projekt jsem se spojil s mým přítelem, který se ukázal být nutností kvůli velkému úsilí této stavby. Navíc se moje elektronika a jeho mechanická sada dovedností docela dobře doplňovaly. Nápad na tuto adaptaci oblíbených slovních hodin k nám přišel, když jsme vyráběli pravidelný jako vánoční dárek. Tam jsme si všimli, že je také možné promítat písmena zezadu na bílý list papíru. V té době to bylo jen řešení, jak skrýt naše mizerné řemeslo, protože jsme skončili s velkým množstvím bublin a připevnili vinylovou nálepku s písmeny na zadní stranu skleněné desky. Poté jsme si všimli, že při ohýbání listu papíru lze dosáhnout zajímavých efektů, protože písmena mění velikost a rozmazávají se. Díky tomu jsme přišli s nápadem vytvořit slovní hodiny, kde jsou písmena promítána zezadu na obrazovku a lze je přesouvat sem a tam a měnit velikost promítaného obrazu. Zpočátku jsme se trochu zdráhali postavit tento projekt kvůli nákladům a úsilí, které potřebujete, když chcete přesunout každé ze 114 písmen jednotlivě. Zahájili jsme tedy myšlenku vytvořit verzi, ve které lze každé slovo, které se používá k zobrazení času, přesouvat tam a zpět. Poté, co jsme viděli, že se na instruktážích blíží soutěž Epilog, která žádá o epické projekty, a také po nalezení relativně levných servomotorů, rozhodli jsme se jít celou cestu a vytvořit správnou verzi, kde je každé písmeno individuálně ovládáno servem.

POZOR: nejedná se o jednodenní stavbu!

Abyste získali představu o úsilí, které bylo v tomto projektu zahrnuto, zvažte následující čísla. Hotové hodiny obsahují

• 798 individuálních 3D tištěných modelů (celková doba tisku ~ 200 hodin)
• ~ 600 šroubů + ~ 250 matic a podložek
• ~ 500 vodičů (celková délka ~ 50 m). Nepočítaje dráty, které již byly připojeny k servům.

Krok 1: Design

Hodiny byly navrženy s aplikacemi Autodesk Fusion 360 a Inventor. Jak vidíte, hodiny se skládají ze 114 letterboxů, které jsou pohybovány lineárními akčními členy, které jsou zase poháněny servomotory. Každý letterbox obsahuje LED, která promítá dopis na zadní stranu obrazovky z bílé PVC fólie. Všechny komponenty jsou uloženy v dřevěném rámu.

Krok 2: Shromažďování materiálů

Elektronické komponenty

114x mikro servomotory SG90 (ebay.de)

Ačkoli byla serva označena názvem populární značky „Tower Pro“, jedná se rozhodně o levnější knockoffy. Vzhledem k tomu, že cena knockoffu je přibližně 1 EUR ve srovnání s 3 EUR za originál, je celý projekt mnohem dostupnější. Zdá se, že knockoffy také odebírají méně proudu (samozřejmě to také znamená menší točivý moment), což usnadnilo nalezení vhodného napájecího zdroje pro celý projekt.

• 5 m LED pás WS2812B, 60 LED/m (ebay.de)
• 8x 16ch PWM servo ovladač PCA9685 (ebay.de)
• Modul RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• VS1838B IR přijímač + dálkový ovladač (ebay.de)
• Napájení 5 V, 10 A (ebay.de)
• Prodlužovací kabel pro servo 20 x 15 cm (ebay.de)
• kabel Zásuvka DC na holý vodič (conrad.de)
• Odpor 300-500 Ohm
• 1000 µF kondenzátor (> 5 V)

Materiály pro rám

• dřevěné 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
• bílá PVC fólie (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Deska HDF 500 x 500 mm, tloušťka 3 mm

Šrouby, kabely atd

• 228x šrouby M2, délka 8 mm + podložky + šestihranné matice
• 228x samořezné šrouby M2.2, délka 6,5 mm
• různé vruty do dřeva
• 50 m, 0,22 mm2 (24 AWG)

Tento projekt navíc vyžadoval rozsáhlé množství 3D tisku a pájení. Zadní deska byla vyrobena řezáním laserem. Rám byl postaven pomocí kotoučové pily, skládačky a vrtačky. Jako na každý slušný projekt jsme také použili hodně horkého lepidla, také nějaké epoxidové a plastové lepidlo.

Celkové náklady na tento projekt dosáhly zhruba 350 EUR.

Krok 3: 3D tištěné komponenty

Dopisní boxy

Každá schránka na dopisy se skládá z 3D tištěného krytu, který funguje jako stínová maska, a základní desky, na kterou bude připevněna LED dioda. Základní deska obsahuje čtyři kolíkové kolíky, které pomáhají při zarovnání na pohon, a šest otvorů pro vedení kabely LED. Celkem to činí 228 modelů, které byly všechny vytištěny z černé PLA (Formfutura EasyFill PLA) s výškou vrstvy 0,4 mm. Celková doba tisku na mém Anycubic Kossel Linear Plus byla asi 23 hodin pro obálky dopisů a 10 hodin pro základní desky. Všechny soubory stl lze nalézt v přiloženém souboru zip.

Pohony

Konstrukce pohonu byla převzata z lineárního servozesilovače Roger Rabbit, který byl velmi užitečný. Protože díly do sebe těsně zapadají, měly by být vytištěny na slušné 3D tiskárně. Malá výška vrstvy není tak důležitá (0,2 mm je v pořádku) jako malý průměr trysky (doporučujeme 0,4 mm). Díly by měly být vytištěny v zobrazené orientaci. Každý pohon se skládá z 5 jednotlivých částí, protože jsme potřebovali 114 pohonů, to znamená celkem 570 dílů (!). K jejich tisku jsme použili kombinovaný výkon několika profesionálních 3D tiskáren (Ultimaker S2+, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Přesto jsme měli na částech mnoho neúspěšných tisků a pro vaši zábavu jsem přidal několik obrázků. Celková doba tisku byla asi 150 hodin (!). Soubory stl lze opět nalézt v přiloženém souboru zip.

Krok 4: Konstrukce rámu

Rám byl vyroben z dřevěných lamel a multiplexové desky. Díly byly řezány pomocí kotoučové pily a skládačky a poté spojeny dohromady pomocí lepidla na dřevo a vrutů do dřeva. Horní a spodní kryt byl také obarven, aby měl hezčí vzhled. Podrobný popis dílů včetně všech rozměrů najdete na přiložených výkresech.

Krok 5: Sestavení schránky na dopisy

Sestavení poštovních schránek bylo hodně práce a trvalo to velmi dlouho, zejména pájení. Důvodem je, že každý váš krok musí být opakován 114krát.

1. Vystřihněte 114 jednotlivých kusů z LED pásky
2. Cín všechny LED podložky
3. Připojte každou LED k 3D tištěné zadní desce letterboxu. LED by měla být vycentrována. Také jsme to zajistili horkým lepidlem.
4. Dále jsme připravili 3x114 = 442 drátů, tj. Zkrácení na délku, odizolování konců a pocínování. Délka každého drátu byla 10 cm, s výjimkou vodičů spojujících poslední písmeno s tečkami, které musí být delší (~ 25 cm). Také vodiče připojené k prvnímu písmenu, které budou připojeny k arduinu a napájení, by měly být delší.
5. Řetězové LED diody pomocí drátů. Dráty jsou vedeny otvory v 3D tištěné zadní desce každého letterboxu.
6. Přední kryt schránky na dopisy byl připevněn lepidlem
7. Části lineárního stojanu pro pohon je třeba slepit dohromady
8. Lineární stojan se přichytí na zadní stranu letterboxu pomocí lepidla

Krok 6: Sestavení akčních členů

Opět montáž pohonů byla velmi únavná procedura, která trvala dlouho.

1. Pomocí přiložených šroubů připevněte servo k 3D tištěnému pouzdru
2. Kulaté ozubené kolo je připevněno k servu pomocí přiloženého plastového kříže, ale nejprve je třeba kříž naříznout do tvaru a připevnit k ozubenému kolu pomocí epoxidu.
3. Upevněte převodovku na servo pomocí přiloženého šroubu
4. Před vložením lineárního stojanu bylo každé servo vynulováno do stejné polohy
5. Vložení lineárního stojanu s letterboxem
6. Vložení dvou šestihranných matic M2 do 3D tištěného pouzdra, které bude později použito k připevnění k zadní desce
7. Uzavřete kryt pomocí 3D tištěného krytu pomocí samořezných šroubů M2.2

Nakonec jsme skončili s velkým kusem nepořádek řetězových pohonů, jak je znázorněno na obrázku výše

Krok 7: Vytvoření zadní desky

Zadní deska byla řezána laserem ze dřeva HDF o tloušťce 3 mm pomocí CO2 laserové řezačky z našeho místního výrobního prostoru. Nejprve jsme zkoušeli překližku, ale ukázalo se, že je příliš křehká na to, aby podpořila váhu všech komponent. V tomto případě by bylo ještě lepší použít hliník, ale je samozřejmě dražší a nelze jej řezat CO2 laserem. Soubor dxf pro zadní desku je přiložen.

Krok 8: Připojte součásti k zadní desce a kabeláži

Nejprve by měly být desky PCA9685 připevněny k zadní desce pomocí distančních podložek PCB. Poté lze umístit modul Arduino nano a RTC, jak je znázorněno na obrázku výše. U posledních dvou jsme použili 3D vytištěné držáky, které byly připevněny horkým lepidlem. Součásti byly připojeny podle schématu zapojení. Všimněte si toho, že je nejlepší napájet každý PCA9685 samostatně přes svorkovnici. Nejprve jsme zapojili do řetězu také konektory V+ a GND a připojili pouze svorkovnici první desky (jak bylo navrženo na stránce adafruit), v tomto případě však veškerý proud prochází první deskou a skončili jsme vypalováním MOSFETu obvodu reverzní ochrany. Je zde také připojena tabulka ukazující kabeláž serva. Kdykoli je potřeba použít prodlužovací kabely pro serva. Všimněte si toho, že každému PCA9685 musíte přiřadit různé I2C adresy, jak je vysvětleno na stránce adafruit.

Aktuátory byly poté připevněny k zadní desce pomocí 228x šroubů M2. Práce byla opět velmi monotónní, ale po jejím dokončení se hodiny již začínaly rýsovat. Také jsme se snažili uspořádat servo kabely co nejlépe, ale nakonec byla kabeláž stále velmi špinavá.

Napájení bylo zajištěno vedením DC kabelu přes zadní desku a jeho připojením ke svorkovnici.

Krok 9: Připevnění zadní desky k rámu

Poté, co byly namontovány všechny součásti a uspořádány kabely, jsme připevnili zadní desku k rámu pomocí 6x šroubů M4. Bohužel jsme nechali velmi malý prostor pro všechny kabely, aby se vešly, takže musely být trochu stlačeny.

Krok 10: Kalibrace serva

Protože výška všech letterboxů byla po montáži mírně odlišná, použili jsme přiložený kód ke kalibraci všech serva, aby letterboxy měly stejnou minimální a maximální polohu. Pro maximální polohu jsme se pokusili umístit letterbox co nejblíže k obrazovce. Kalibrované minimální/maximální polohy pro každé servo jsou později zadány do hlavního kódu.

Krok 11: Nahrání kódu

Připojený je hlavní kód pro slovo hodiny. Pro zobrazení času existují tři typy efektů.

1. Rychle přesuňte všechna písmena dozadu (jedno po druhém) a rozsviťte diody LED se stejnou náhodnou barvou. Poté rychle přesuňte písmena, která zobrazují čas, dopředu za sebou a každé slovo rozsviťte náhodnou barvou.
2. Rychle přesuňte všechna písmena dozadu (jedno po druhém) a rozsviťte diody LED se stejnou náhodnou barvou. Pomalu přesuňte každé slovo, které zobrazuje čas, dopředu (všechna písmena současně) a vybledněte barvu z barvy pozadí na náhodnou hodnotu.
3. Rychle přesuňte všechna písmena do libovolné polohy (jedno po druhém) a rozsviťte LED diody s různou náhodnou barvou. Potom pomalu přesuňte všechna písmena dozadu a vybledněte barvu. Pokračujte 1. nebo 2.

Také jsem chtěl implementovat efekt, kdy se tečka, která ukazuje aktuální minutu, postupně pohybuje vpřed a vybledne, aby byla po skončení minuty na přední pozici se správnou barvou. Bohužel jsem to ještě nerozjel, protože to vypadá, že IR přijímač nereaguje.

Krok 12: Připojení obrazovky

Nejprve jsme jako obrazovku chtěli použít bílou látku. Problém byl v tom, že po připevnění k rámu se látka uprostřed ohýbala a skončili jsme s poduškovitým zkreslením. Poté jsme se rozhodli místo toho použít na obrazovku tenkou bílou PVC fólii. Fólie je také inzerována na výrobu stínidel, takže má rozumný přenos, ale není prosáklá, takže černé schránky zůstávají skryté. V naší první studii jsme fólii připevnili pomocí epoxidu, ale nelepila se příliš dobře, takže jsme přešli na horké lepidlo. Dávejte si však pozor, pokud je lepidlo příliš horké, může ve skutečnosti fólii roztavit. Přebytečná fólie byla odstraněna přesným nožem.

Krok 13: Nasazení horního a spodního krytu

Nakonec byly nahoře a dole připevněny kryty z mořeného dřeva. Tmavá barva vytváří pěkný kontrast k bílé obrazovce. IR přijímač byl veden otvorem v zadní desce a připevněn k hornímu krytu horkým lepidlem.

Krok 14: Hotové hodiny a shrnutí

Po dvou měsících intenzivní práce byly hodiny konečně hotové a fungovaly. Celkově jsme s výsledkem velmi spokojeni. Přesunutí písmen za obrazovku ve spojení se změnou barev LED diod vytváří velmi efektní efekty. Nakonec se písmena nesrovnala dokonale a obrazovka nebyla 100% plochá, ale díky tomu vypadala ještě hezčí. Určitě existují věci, které lze zlepšit, ale nemyslím si, že bude existovat verze 2.0 kvůli monumentálnímu úsilí této stavby, pokud příště nebudeme výrobu zadávat externě do Číny.

Pokud se vám tato sestava líbí a podařilo se vám posunout až dolů, hlasujte pro nás v soutěži Epilog.

První cena v soutěži Epilog X