Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0 | | ДОСТУПНЫЙ ОТДЫХ
Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0
Интересное

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0


Я хочу рассказать о второй версии моей электро-механической Marble Machine и о процессе ее проектирования. Про первую спиральную машину я уже писал здесь на хабре. Времени с тех пор прошло не мало, и вот, в принципе, задуманное осуществлено: два подъемника и два спуска работают совместно, как одна система, передают друг другу шары перемешивая их в случайном порядке. Честно говоря мне не все здесь нравится, кое-что требует переделки или более тонкой настройки, но я рад, что в целом у меня получилось. Результат на видео!

Я работаю программистом. При программировании часто бывает так, что неделю пишешь и отлаживаешь код, но потом, переосмыслив, просто удаляешь все, что созданно непосильным трудом за неделю, и пишешь заново за два часа уже начисто, работающее и причесанное. При разработке моей Marble Machine я столкнулся с тем, что здесь, в физическом мире, такой принцип не работает. Или работает, но слабо… или я пока не понимаю, как его заставить работать таким образом.

Здесь есть ряд проблем.

Первая проблема — это, вероятно, моя недостаточно высокая квалификация проектировщика марбл машин; считаю это временным недостатком, возможно я еще смогу прокачать свои навыки. Я использовал среду проектирования КОМПАС-3D. Сказать по правде освоение этого инструмента идет не просто. Возможно, сейчас я могу использовать примерно 2-3% возможностей КОМПАСа. Мне пришлось перечитать кучу инструкций и пересмотреть кучу демонстрационных видео на youtube. В настоящее время я научился проектировать отдельные детали, но я пока не умею в чертеже, в 3D модели соединить их в единую конструкцию, чтобы убедиться, что вращающиеся части правильно взаимодействуют, не цепляют друг друга где не нужно, что их ход достаточен. Потом, я не очень представляю себе, возможно ли в современных 3D редакторах моделирование движения свободных деталей, например, движение шара по наклонной плоскости, моделирование места падения шара и так далее. В общем, тут мне есть чему поучиться.

Я могу привести такой пример моего самообучения КОМПАСу. Еще когда я проектировал первую спиральную Марбл Машин, я столкнулся с проблемой, что не знаю, как мне сделать несколько плоскостей находящихся под небольшим углом. Легко проектировать детали у которых основные плоскости ортогональны. А что делать если мне нужны спускающаяся змейка? Я тогда придумал и использовал вот такой странный прием (ничего лучше мне тогда на ум не пришло):

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Начертил на плоскости профиль спуска, затем выдавил его:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Затем отсекал о него все лишнее проецируя эскизы сверху:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Сейчас я уже понимаю, насколько трудно и глупо было использовать такой прием. Гораздо проще было бы использовать смещенные плоскости компаса, но я же тогда не умел это делать… Сейчас бы я сделал такую деталь гораздо проще.

Читать  Скульптуры из страниц старых книг (12 фото)

Вторая проблема отчасти связана с первой проблемой — это время печати. 3D принтер с послойной печатью печатает довольно долго. Получается, что если я пока не умею моделировать взаимодействие деталей в софте, то для проверки работоспособности узла нужно потратить кучу времени и пластика. У меня бывало так, что я проектирую две детали, потом печатаю, а они плохо стыкуются друг с другом и нужно что-то менять в модели. А это опять расходы времени и пластика. Но пластик-то хоть не дорогой, его не так жалко, а вот время… это да, его жалко.

Третья проблема — отсутствие опыта. Многие сделанные мною ошибки происходят из наивности и неопытности. Marble Machine — это робот-автомат с бессчисленным числом состояний, если считать местоположения всех шаров отдельным состоянием. У машины много подвижных механических частей. При проектировании крана я надеялся, что я смогу соединить движущиеся пластиковые детали через отверстия в них просто винтами/шпильками с гайками на шайбах. Но оказалось, что это так не работает. Спроектированные в пластиковых деталях отверстия после печати получаются либо слишком малыми, либо слишком большими, либо быстро разбалтываются в процессе работы. Гайки даже через шайбы всегда откручиваются. Гайки самоконтрящиеся с нейлоновым кольцом улучшают ситуацию, но люфты все равно остаются неприемлимыми. Не затянуть гайку — будет болтаться, а затянуть — будет большое трение, мотор не потянет. Все это я испытал на себе пока не понял, что нужно делать по возможности правильно, а именно: везде на подвижные части нужно ставить подшипники. Такое простое решение, которое и люфты убирает и подвижность отличная, трение минимальное и ничего самопроизвольно не откручивается. Пришлось многие модели переделывать под использование подшипника. Например, вот модели двух деталей шатуна, к шаговому двигателю:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

и вот:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Теперь они соединяются через подшипник. От посадочного места подшипника спроектировал паз, чтобы была возможность вставить подшипник плотно в натяг и даже есть возможность затянуть его винтом.

Вот на этих фото показаны места, где теперь уже стоят подшипники:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

и еще:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Потом, следующая проблема — это жесткость конструкции. Как видите, я стремлюсь создать эдакий механический роботизированный арт-объект, и комбинация белого, черного и блестящего металла не случайна. В штанге крана я хотел поместить металлическую шпильку М4. Она должна была придать штанге нужную прочность и должна была бы блестеть «в лучах софитов» (если бы они у меня были). Однако, не получилось. С металлической шпилькой значительно увеличивается вес и инерционность штанги. Мой бедный шаговый двигатель с трудом тащил такую штангу вверх, ну а вниз она сама чуть не падала. Здесь пришлось пойти на крайне меры: я напечатал на своем принтере пластиковую белую шпильку (белый PLA) диаметром 4 миллиметра, которую просто вклеил внутрь штанги туда, где хотел ставить металическую шпильку. Получилось хорошо. Не очень жестко, зато очень легкая конструкция. Вторая идея, которая мне пришла позже — кран должен быть с противовесом! И почему я сразу об этом не подумал? Вот тут вопрос, переделывать модель и перепечатывать всю штангу целиком или напечатать небольшое дополнение к существующей штанге и «поработать напильником»? Я выбрал второе, так быстрее — сделал отдельную деталь, которая бы содержала в себе места под подшипники и коробочку под груз — противовеса:

Читать  Носи усы, носи не ...

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

От штанги отпилил хвост и приклеил с помощью дихлорэтана новую деталь к старой.

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Здесь на фото видно место склейки. Хотя… тут не все однозначно, ведь как сбалансировать кран? Он же имеет переменный вес, когда сбрасывает шары… Нужно сказать, что все же я недооценил вес самих металлических шаров. Они хоть и не большие, 12.5 мм, но каждый весит 8 грамм, да действуют на широкое плечо. Когда кран поднимает три шара сразу, а потом бросает их в верхнем положении, на штанге возникают упругие вибрации. И как бы мне их заранее учесть? Не представляю себе. Можно ли это как-то рассчитать в КОМПАСЕ или другой САПР?

Вообще, при разработке этой Marble Machine я столкнулся с тем, что многое работает не так, как я себе это представляю. Например, самое простое, воронка для сбора шаров. Вот тут я сделал 3D рендеринг этой детали:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Казалось бы, что тут может пойти не так? Но на самом деле, даже эта воронка работает иначе, не так, как я думал! Я сделал дно в виде части поверхности сферы и думал, что шары будут кататься по такой чаше и их скорость будет расти при движении вниз к выпускному отверстию. Но нет же! Оказывается, что шары катятся и ниже по спуску крутизна поверхности оказывается меньше, они замедляются по мере приближения к выходу. Возможно, играют роль ступеньки 0.2 мм — толщина слоя печати? Что-то это не совсем то, что я хотел или думал. Но это место по крайней мере не стал переделывать.

Еще одна важная проблема — как состыковать две марбл машины в одну? Спиральная машина у меня уже была и работает, можно ли ее оставить как есть? Чтобы согласовать по уровню поток шаров от первой спиральной машины, мне пришлось ее полностью разобрать, спроектировать в КОМПАСЕ и напечатать подставку под стойку спирали, чтоб сделать ее повыше и заново собрать машину. Потом нужно было придумать переключатель потоков, триггер, ловушку под триггером, дорожки и развороты. Вообще процесс создания был довольно интересным. У меня есть знакомый, а у него жена — художница и помню долго рисовала картину с рыбами. Прихожу к ним в гости, смотрю, нормальные такие рыбы. Через неделю прихожу — а рыбы на той же картине уже в другую сторону плывут. Вот у меня что-то такое тоже было. Сегодня придумал и сделал, но завтра все переосмыслил и перепроектировал, напечатал другую модель, установил, испытываю.

Читать  17 раз, когда архитекторы переделали старые здания, подарив им новую жизнь

Далее расскажу, какие еще были спроектированы детали. Ниже представлен 3D рендеринг этих моделей. Стойка крана:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

На стойке предусмотрены посадочные отверстия под платы драйвера двигателя.
На стойку крана я креплю вторую деталь: держатель шагового двигателя:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Тут так же возникла непредвиденная проблема — держатель получился слишком прочный и слишком толстый. Теперь у двигателя есть проблемы с охлаждением. Возможно придется перепроектировать этот узел.

На стойке сверху винтами крепится деталь «треугольник» с посадочным местом под подшипник, для поддержки штанги крана:Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Две части от штанги крана:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

и вот:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Одна из самых главных частей — это переключающий триггер:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

и еще, чаша, для ловли шаров с триггера:

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Есть еще много других второстепенных деталей, которые так или иначе приходилось на ходу придумывать, проектировать и печатать.

Сказать по правде, после сборки всей механики, когда я перешел к электрической и к программной части проекта я даже вздохнул с облегчением, тут же все просто!

Проектирование Электро-Механической Marble Machine v2.0

Запрограммировать FPGA плату Марсоход3bis, запустить два шаговых двигателя, подключить соленоид крана и организовать опрос герконового датчика мне показалось гораздо более простым делом, чем проектирование и реализация механики робота Marble Machine. Но программирование FPGA, это уже другая история, если кому интересно, то можно почитать здесь.

Сейчас я уже думаю о проектировании следующих типов подъемников для следующей версии Marble Machine v3. Тут есть варианты: винт архимеда, ступенчатые подъемники, шестерни. Есть о чем подумать и над чем поломать голову.
Источник

I heart FeedBurner