O Tornado della ferrovia in scala: 16 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Sono sicuro che ogni persona ha visto un Tornado nei video. Ma ne hai visto uno che opera in piena animazione su una ferrovia in scala O? Beh, non l'abbiamo ancora installato sulla ferrovia, perché fa parte di un sistema completo di suoni e animazioni. Ma una volta completato, dovrebbe essere un'attrazione.

Questo progetto ti guida attraverso i passaggi per creare un'animazione operativa da hardware CNC, azionamenti motore e controlli Arduino

Passaggio 1: come sarà questa animazione?

Per capire cosa stiamo costruendo, è stato creato un modello 3D e prodotta una simulazione.

Passaggio 2: creazione del pannello di base

Questo progetto consiste in un pannello dell'asse Z, un pannello dell'asse X, microcontrollori Arduino, motori passo-passo, unità a ponte H, unità a micropassi e lo stesso Tornado. La prima cosa da fare è raccogliere la distinta base per il Pannello Base. Entrambi i pannelli degli assi sono simili, quindi il processo di costruzione per un pannello è lo stesso per l'altro pannello.

DISTINTA DEI MATERIALI - Proveniente da Banggood. Com/lumber store

Asse X

· (1) Gruppo vite senza fine T8 da 500 mm di lunghezza

· (1) Motore passo-passo tipo NEMA 17 da 12 volt, 200 passi, 4 fili

· (2) aste di supporto da 500 mm con supporti terminali e cursori

(1) Finecorsa con cavo

(1) Staffa di montaggio del motore passo-passo

Base in compensato di betulla da 1/2 pollice tagliata a 6-1/2 x 24 pollici

bastoncini per mescolare con vernice spessa 1/8 standard

viti assortite M3, M4, M5

Passaggio 3: assemblare le parti sul pannello

La staffa del motore passo-passo è il primo pezzo da montare su un'estremità della base da 1/2 x 6-1/2 x 24 pollici. Questa staffa è montata sulla linea centrale della base e assicurati che sia quadrata rispetto al bordo lungo. Montare il motore passo-passo su questa staffa e installare il giunto di trasmissione. Scoprirai che la linea centrale dell'azionamento del motore passo-passo è sufficientemente alta dalla base, che gli alloggiamenti dei cuscinetti della vite di alimentazione devono essere montati su assi di legno per portare il gruppo a livello. Un pezzo da 1/2 di compensato di betulla è un buon punto di partenza. Quindi aggiungi un pannello di spessore che metta in linea la linea centrale degli alloggiamenti dei cuscinetti della vite di alimentazione.

Ora, utilizzando un bastoncino per mescolare la vernice, praticare i fori in corrispondenza della flangia della vite di alimentazione e montare con viti M3 e rondelle di sicurezza. L'uso di Locktite su queste parti ora eviterà che si sfaldino in seguito. Ora infilare questo gruppo sulla vite di alimentazione. Installare un'estremità della vite di alimentazione nell'alloggiamento del cuscinetto all'estremità del motore passo-passo. Ora posiziona l'altro alloggiamento del cuscinetto all'altra estremità della base, installa la vite di alimentazione e fissa l'alloggiamento alla base con le assi e gli spessori. ASSICURARSI che questo gruppo sia parallelo al bordo della base.

Ora disponi le aste di supporto con i loro alloggiamenti di supporto terminali sulle tavole di legno utilizzate per supportare gli alloggiamenti dei cuscinetti. È fondamentale che tutte queste parti siano quadrate e parallele. Quindi, non montare le parti sulla base finché tutte le parti non sono state sistemate sulla base. A questo punto bastoncini di vernice o compensato di legno duro da 1/4 funzionano bene e possono essere tagliati alla larghezza desiderata e perforati con fori di montaggio per abbinare i cursori dell'asta di supporto. Montare le cinghie trasversali sui cursori in modo lasco e farle scorrere a ciascuna estremità del le aste di supporto per fissare gli alloggiamenti dell'estremità dell'asta di supporto in posizione. Una volta stabilite queste posizioni, avvitarle in posizione. A questo punto dovresti avere la flangia della coclea con il bastoncino di vernice inserito tra i cursori.

L'ultimo passaggio consiste nel posizionare le cinghie di fissaggio per le assi trasversali del cursore. Stringere insieme i cursori inserendo a sandwich l'agitatore flangiato e avvitare le assi di supporto in posizione. Il bastoncino per mescolare la vernice può ora essere tagliato a filo con le cinghie appena applicate. Ora il montaggio è completo e consente il movimento della flangia all'interno delle assi di fissaggio. Puoi testare questo assemblaggio ruotando manualmente la vite di alimentazione per assicurarti che tutto si muova liberamente senza vincoli.

Passaggio 4: installare l'interruttore di finecorsa

Il finecorsa è montato su entrambi i pannelli vicino all'estremità del motore. Viene utilizzato come sensore di posizione di homing per impostare entrambi gli assi in una posizione iniziale quando l'alimentazione è collegata al pannello di controllo. Il montaggio esatto è la preferenza dell'utente, ma abbiamo testato 2 design; uno che aveva una paletta appesa al carrello per colpire l'interruttore, e l'altro usava l'agitatore con dado flangiato in ottone come punto di contatto. Non importa come è montato questo interruttore, purché l'interruttore sia attivato PRIMA che il carrello raggiunga la fine della sua corsa all'estremità del motore.

Passaggio 5: montaggio del pannello dell'asse Z

Il pannello dell'asse Z è identico al pannello dell'asse X, tranne per il fatto che abbiamo sostituito una vite di alimentazione diversa con un passo di 2 mm per rendere il movimento più rapido.

(1) Vite di alimentazione T8 con piombo da 2 mm e dado flangiato in ottone

Tutti gli altri passaggi sono gli stessi, quindi costruisci questo pannello ora.

Passaggio 6: assemblare gli assi X e Z insieme

L'assemblaggio dei 2 assi insieme è molto semplice. Per prima cosa abbiamo aggiunto un pezzo da 6-1 / 2 x 5 "di compensato di betulla da 1/2" al gruppo del carrello dell'asse X. Quindi abbiamo avvitato il pannello dell'asse Z su questa scheda. La posizione dell'asse Z rispetto all'asse X è la preferenza dell'utente. Nel nostro prototipo, abbiamo impostato l'estremità del motore a circa 8 pollici di distanza dal centro del gruppo carrello dell'asse X. Il pannello di controllo si troverà sotto l'asse X quando montato, quindi questo spazio sembrava appropriato. Ricorda che i pannelli dell'asse X e Z sono stati mostrati piatti per il montaggio, ma quando sono montati sul layout della ferrovia modello, l'asse X è posizionato a 90 gradi rispetto alla superficie della ferrovia.

Passaggio 7: costruire il Tornado

Tornado Design

Il tornado sarà costruito con un motore a 12vdc, un tassello in legno da , un accoppiatore flessibile per il collegamento del motore all'albero e sarà controllato da un controller del motore a ponte L298N H guidato da Arduino.

Questo è il gruppo motore: motore con scatola ingranaggi 12 vdc 25 rpm

L'imbuto è in battuta trovato nei negozi di artigianato. Abbiamo usato fogli di ovatta sottili di Walmart.

L'imbuto richiederà un lavoro artistico per ottenere l'aspetto desiderato. La parte più importante è progettare e costruire il gruppo carrello dell'asse Z per ospitare il motore e il giunto. L'altezza dal carrello determinerà il diametro massimo dell'imbuto. Ogni volta che si desidera cambiare l'imbuto, è solo questione di rimuovere l'asta di riferimento dal giunto. Questa operazione può essere eseguita in qualsiasi momento una volta installato il sistema. Quindi, se vuoi sperimentare diversi funnel, è facile da fare.

Ma a questo punto del processo di costruzione, basta determinare l'altezza sopra il carrello e costruire un supporto motore per supportare il motore e il cambio. È disponibile una staffa di montaggio disponibile in commercio: supporto motore

Il tempo di consegna per ottenere la staffa di metallo era troppo lungo, quindi abbiamo deciso di costruire una disposizione di montaggio per il gruppo dell'unità di rotazione Tornado con piccoli pezzi di legno. In queste foto, la montatura è progettata per liberare una parte superiore di 5 pollici di diametro dalla nuvola a imbuto. nel caso in cui questa disposizione non fosse soddisfacente, abbiamo montato l'assieme sulle cinghie di fissaggio del carrello. Se questa disposizione non soddisfa le nostre esigenze per qualche motivo, il gruppo può essere rimosso con solo 4 viti a testa esagonale.

I collegamenti del motore sono piccoli e fragili, quindi i cavi sono saldati al motore e abbiamo usato viti e rondelle per fissare i cavi. L'imbracatura da viaggio sarà saldata a questa connessione.

Passaggio 8: controllo dell'animazione

Ora che abbiamo costruito i pannelli a 2 assi e li abbiamo montati insieme, come facciamo a far funzionare questa animazione? Il video è un aggiornamento dei test eseguiti durante la costruzione del sistema prototipo. Allora come abbiamo realizzato questa animazione? La risposta è che abbiamo usato 2 micro controller Arduino per controllare l'azione. I passaggi successivi dettaglieranno la configurazione del pannello di controllo, l'attrezzatura utilizzata, gli schemi elettrici e il codice di programmazione.

Passaggio 9: utilizzo dei micro controller Arduino per animare il movimento

Tornado Motion Design

Per controllare il Tornado, definiamo prima come vogliamo che funzioni:

1. Accendere il motore per la rotazione del Tornado.

2. Avviare il movimento dell'asse Z con un motore passo-passo azionando una vite di alimentazione verticalmente verso il basso. Questo sposta il Tornado rotante dalla sua posizione nascosta alla superficie del tavolo.

3. Avviare il movimento dell'asse X con un motore passo-passo che aziona una vite di alimentazione e una piattaforma. Questo sposterà il tornado da destra a sinistra per l'intera distanza della coclea.

4. Avviare il motore passo-passo dell'asse Z per riportare il Tornado rotante in alto fuori dalla vista. Spegnere il motore passo-passo dell'asse Z.

5. Avviare il motore passo-passo dell'asse X per tornare alla posizione iniziale corretta. Spegnere il motore passo-passo dell'asse X.

6. Spegnere il motore Tornado rotante.

In sostanza, stiamo creando una fresatrice CNC a 2 assi. La rotazione Tornado è il router e gli altri 2 assi sono per il movimento orizzontale e verticale. Per fare ciò dovremo utilizzare 1 Arduino MEGA (denominato "MOVEMENT CONTROLLER") programmato per operare (2) schede driver Micro Stepper TB6600 per controllare 2 motori passo-passo. Utilizzeremo anche 1 Arduino UNO (denominato “MASTER CONTROLLER”) per controllare la rotazione del Tornado e avviare il MOVIMENTO CONTROLLER. Il controllo del sistema sarà fornito da un interruttore di accensione/spegnimento per l'alimentazione a 12 volt cc del sistema. Un interruttore momentaneo sarà posizionato vicino alla posizione Tornado sul layout per avviare un circuito di relè di potenza latch. Questo controllo momentaneo dell'interruttore accenderà il sistema e il MASTER CONTROLLER si accenderà, e il motore CC azionato da ingranaggi inizierà a ruotare il Tornado, quindi fornirà alimentazione al MOVIMENTO CONTROLLER per la sequenza di movimento.

Passaggio 10: attrezzatura necessaria per il pannello di controllo

Distinta base del sistema di controllo

(1) Arduino UNO e (1) microcontrollori Arduino Mega

(1) Scheda modulare bridge L298N Modulo H per unità Tornado·

(2) Schede driver micro passo-passo per motore passo-passo TB6600 per pannello asse Z e X

(1) alimentatore da 12 volt cc

(1) Interruttore a levetta SPDT montato su pannello

(2) Relè 5 volt cc per Arduino·

Cablaggio vario con LED verde e resistori

Morsettiere

Schede di montaggio e hardware

Passaggio 11: montaggio dell'attrezzatura su un pannello di controllo

Per prima cosa seleziona un materiale per il Pannello di controllo. Abbiamo usato un pezzo di compensato di legno duro spesso 1/4 di pollice. Abbiamo iniziato con un pezzo di 2 piedi per 2 piedi per organizzare l'attrezzatura. Non c'è nessun segreto per questo pannello, basta montare tutto in un luogo che renda i cavi corti e l'accessibilità per l'alimentazione a 12 volt, i cavi del motore e il cablaggio dei finecorsa dai pannelli Axis.

Passaggio 12: cablaggio dell'apparecchiatura del controller principale

Lo schema mostrato per il controller principale potrebbe non essere del tutto accurato a causa della mancanza di librerie di parti per il modulo L298N e il relè controllato da segnale da 5 volt. Il resto del circuito è accurato per le connessioni ad Arduino Uno e Arduino Mega.

Per un cablaggio accurato dell'L298N, è necessario fare riferimento all'immagine che mostra i collegamenti dei cavi con i numeri dei terminali indicati. La seconda immagine mostra solo i terminali utilizzati in questo progetto.

Per un cablaggio accurato del relè da 5 volt per Arduino, dobbiamo fare riferimento a quell'immagine sopra.

In caso di dubbio, fare sempre riferimento all'IDE Arduino per il controller principale per le connessioni dei pin.

Passaggio 13: cablaggio del controller di movimento

L'Arduino Mega viene utilizzato come controller di movimento. Interfaccia i micro azionamenti passo passo ed i motori passo passo. La connessione Vin non è mostrata poiché è mostrata sullo schema del Master Controller.

Passaggio 14: circuito di blocco dell'alimentazione del sistema

Per controllare l'alimentazione del sistema e consentire lo spegnimento automatico al termine dell'animazione, viene impiegato un circuito di blocco con un interruttore momentaneo attraverso i contatti del relè NA di alimentazione a 12 volt. Il relè da 5 volt controllato dai segnali Arduino blocca il circuito. Quando il segnale diventa BASSO, l'alimentazione del sistema si spegne. Un LED separato viene utilizzato per mostrare che il sistema è bloccato.

Passaggio 15: codice Arduino

Poiché questo non è un Instructable su come scrivere il codice Arduino, abbiamo allegato i file Master e Movement per la visualizzazione e/o il download.

Passaggio 16: costruire il telaio di montaggio

Il telaio di supporto del sistema è realizzato in semplice legname. È un supporto a 3 gambe a cui è collegato il pannello dell'asse X per stabilire la posizione corretta per il Tornado sulla superficie del layout. Il pannello di controllo è montato dietro il pannello dell'asse X per consentire il libero movimento del pannello dell'asse Z mobile. L'intero gruppo può essere fissato alla parete o lasciato in piedi per una facile rimozione, se necessario.