Elevador de modelo controlado por Arduino: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Neste Instructable, mostrarei como construí um elevador de brinquedo de dois níveis, com portas deslizantes funcionais e um carro que sobe e desce sob demanda.

O coração do elevador é um Arduino Uno (ou, neste caso, um Adafruit Metro), com o Adafruit Motor Shield instalado em cima dele. A blindagem torna muito mais fácil acionar os dois servos necessários para abrir e fechar as portas e o motor de passo que faz o carro subir e descer.

A estrutura real é realmente a parte fácil e pode ser feita da maneira que você quiser. A parte complicada é fazer com que tudo se encaixe dentro e ter certeza de que as coisas estão alinhadas corretamente.

Então, dito isso, vamos lá!

Suprimentos

• Arduino Uno (ou equivalente)
• Escudo do motor Adafruit
• Quadro de desempenho
• Cabeçalhos para Arduino e escudo
• Servos de rotação contínua (2)
• Motor de passo NEMA 17
• Montagem de motor de passo
• Placas de fibra de média densidade (MDF) peças de 1/2 "e 1/4"
• Folhas de Alumínio
• Barra de alumínio
• Varas de alumínio
• Canal em U de alumínio
• Haste de aço
• Tubo de PVC (1/8 "e 1/4")
• Correia dentada de 10mm
• Polias de 10mm
• pistola de cola quente
• parafusos
• folhas de plexiglas
• Amostras de pisos
• Fita adesiva
• Fios
• Botões para cima / para baixo
• Micro interruptores
• Atuador linear grande - os planos estão aqui

Etapa 1: as portas

O primeiro problema que decidi resolver foram as portas. As portas tinham que se mover para frente e para trás e ser protegidas na parte inferior e superior para que não batessem.

Acabei usando canais em U de alumínio, normalmente usados como bordas para tábuas, ao longo da parte inferior para manter as portas nos trilhos. O topo era um pouco mais complicado. Encontrei planos impressos em 3D para um atuador linear online e imaginei que seriam ótimos para fechar e abrir a porta. Fiz as portas com pequenos painéis de MDF e enrolei algumas folhas de alumínio ao redor do painel para dar uma aparência de metal. (ver fotos)

Coloquei uma barra de aço na parte superior da porta e colei um pedaço de tubo de PVC com cola quente na parte superior do painel da porta. A haste se encaixava dentro do tubo e permitia que a porta se movesse para frente e para trás livremente, enquanto a parte inferior de 8 polegadas ou mais da porta ficava dentro do canal em U para mantê-la reta.

Coloquei o atuador linear acima da haste de aço e usei mais tubos de pvc e mais cola quente para permitir que o atuador movesse a porta. O atuador linear foi projetado em torno de um servo motor do tamanho de um hobby, então eu os adicionei.

Etapa 2: A Estrutura

Primeiro, fiz um esboço de como queria que o elevador fosse. Tinha que ter 2 andares, com um carro que sobe e desce e portas que se abrem em cada andar. O produto final desviou-se do esboço inicial, mas tudo bem!

Em seguida, construí a estrutura em placa de fibra de média densidade (MDF), medi os pisos e as aberturas das portas e recortei as formas com um quebra-cabeças e uma serra copo. A base e o topo são um pouco maiores do que o prédio para dar alguma estabilidade e apelo visual. A estrutura tem apenas 3 lados, pelo que decidi deixar a parte de trás aberta para poder olhar para dentro.

As peças laterais têm 60 centímetros de altura e 30 centímetros de largura, e as partes superior e inferior têm 38 centímetros quadrados, todos feitos de painéis de MDF de 1/2 . As portas têm 15 centímetros de altura e cerca de 10 centímetros de largura. Certifique-se de deixar espaço suficiente para que a porta fique escondida do lado quando estiver aberta.

Eu também adicionei uma pequena plataforma de pouso para fora do 2º andar.

Também fiz um orifício de 2 em cada porta para uma janela ou indicador de piso, orifícios para os botões de chamada ao lado de cada porta e um pequeno orifício para um LED acima de cada abertura da porta (que acabei não usando)

Pintei tudo com uma cor azul metálico.

Etapa 3: o carro

O carro do elevador era feito de MDF e um pedaço de acrílico para a parte traseira, então você pode ver os carros Matchbox ou Lego que você colocou no elevador. O carro em si é uma caixa simples, nada muito sofisticado. Eu pintei e coloquei alguns cartões postais como pôsteres. Ficou meio pesado, então eu não tinha certeza de como o motor iria levantá-lo usando meu plano original. Voltaremos a isso.

A parte difícil do carro era como levantá-lo e evitar que virasse. Usando o método testado e comprovado de cola quente e pvc (voltarei a isso também, não me deixe esquecer), coloquei quatro hastes de alumínio indo de cima para baixo da estrutura e as alinhei com o carro e o cachimbo que colei em cada esquina. Isso manteve o elevador no lugar enquanto ele subia e descia.

As peças impressas em 3D se destacavam um pouco da parede interna da estrutura, então tive que manter o carro do elevador alguns centímetros afastado da abertura da porta. Eu não queria ter um monte de corpos no fundo do poço do elevador de minifigs de Lego que não "se importavam com a enorme lacuna", então adicionei uma pequena plataforma dentro da porta, que ficou bem perto do lado aberto da cabina do elevador, que resolveu o problema.

Etapa 4: Motor e contrapeso

O próximo problema era como fazer o carro subir e descer. Eu comprei um motor de passo NEMA-17 (esse é o tamanho, não a potência) da Adafruit e tentei levantar o carro do elevador com ele usando um pouco de corda e um carretel impresso em 3D preso ao eixo do passo para enrolar a corda.

Isso não funcionou, então comecei a pensar em como funciona um elevador de verdade, com contrapeso. Dessa forma, o motor não tem que levantar todo o peso do carro, apenas tem que dar partida no movimento inicial, que exige muito menos torque. Aprendi muito sobre torque neste projeto.

De qualquer forma, minha ideia de contrapeso era sólida e acabei usando um sistema de correia e polia de 10 mm de largura, semelhante ao que é usado para construir uma impressora 3D. O carro pesava cerca de um quilo (2 libras) e o motor de passo foi avaliado como capaz de levantar 2 quilos a um centímetro do centro do eixo. (Mais problemas de torque) Então estava bom para ir.

Uma extremidade da correia foi presa ao topo da cabine do elevador (usando uma placa de metal aparafusada), então a correia foi diretamente para cima e em uma engrenagem dentada no motor de passo, que foi montado no teto da estrutura. A correia então passou 90 graus no topo da estrutura até uma segunda polia dentada, esta foi presa a outra haste de aço, montada em suportes. (veja as fotos) A partir daí, a correia deu outra volta de 90 graus para baixo e foi presa ao contrapeso. (Obviamente, você tem que medir tudo isso e colocá-los com precisão para evitar estresse extra na correia)

O contrapeso era feito de quatro peças de piso de madeira da Home Depot que aparafusei e fixei com fita adesiva. O cinto era preso a meio das peças e o excesso da cauda também era aparafusado do lado de fora. Coloquei 2 hastes de aço para o contrapeso subir e descer, usando os tubos de PVC colados em cada lado do feixe do contrapeso para montá-lo.

Com todas as peças estruturais no lugar, era hora de trabalhar na eletrônica.

Etapa 5: interruptores e eletrônicos

O cérebro deste projeto é um Arduino Uno, com um Adafruit Motor Shield no topo. A blindagem torna muito mais fácil acionar os dois servo motores e o motor de passo, ao mesmo tempo que permite o acesso à maioria dos pinos do Arduino. O motor de passo também requer mais do que a saída de 5 V do Arduino, e a blindagem permite que você aumente a tensão do motor e diminua para o Arduino. O motor leva até 12 V, mas acabei optando por uma entrada de 9 V, já que fritei um regulador de tensão em um Arduino quando uma das portas travou.

Peguei outra página sobre a maneira como as impressoras 3D são construídas e usei pequenos interruptores de contato em todos os pontos onde você deseja que as coisas parem de se mover. Então, eu tive interruptores de contato momentâneos em 6 locais. Eles detectaram onde o carro estava e qual era o status de cada porta. Quando o carro estava na parte inferior da estrutura, ele pressionava um botão embaixo do carro. Quando estava no topo, um interruptor na parte inferior do contrapeso foi ativado. As portas também acionavam um botão em ambos os lados, quando estavam abertas ou fechadas.

Para chamar o elevador, coloquei botões iluminados na frente da estrutura. Estes são botões triangulares legais com LEDs dentro para que eles acendam quando pressionados (se você os conectar dessa forma).

O código real para este projeto não é muito complexo. O loop principal do esboço do Arduino verifica se há pressionamentos de botão para cima ou para baixo. Dependendo da posição do carro, o programa responde movendo o carro, abrindo a porta por alguns segundos e fechando a porta. Ou, se o carro estiver no andar onde o botão foi pressionado, ele apenas abre a porta e fecha após 5 segundos.

Havia muitos e muitos solucionadores de problemas, mas finalmente consegui fazer com que tudo funcionasse de maneira confiável. A etapa final foi um grande pedaço de acrílico na parte traseira com um orifício para acesso à tomada de força.

Este foi um projeto muito divertido e aprendi muito. Quando eu estava construindo, eu estava procurando por planos para algo assim, mas não consegui encontrar muito. Espero que este Instructable possa ajudar alguém que esteja procurando construir um projeto semelhante.

Etapa 6: Reflexões finais

Uma coisa que eu acrescentaria a uma segunda construção seria uma maneira de sentir se algo está bloqueando a porta, como um elevador de verdade. Acho que algum tipo de sensor de luz poderia funcionar, mas alguém mais inteligente do que eu pode descobrir isso.

Além disso, este era um projeto para um cliente, e eu enviei para eles usando UPS. No entanto, deixei a UPS embalá-lo, o que acabou sendo um grande erro. O elevador chegou com algumas peças quebradas, o cinto estava solto e uma das portas não estava funcionando. Trabalhei com o cliente para colocá-lo em funcionamento, mas parte do meu tubo de PVC colado a quente caiu e, no futuro, provavelmente tentaria encontrar uma solução mais elegante do que a cola quente. Além disso, da próxima vez eu mesmo vou embalar! Espero que tenham gostado deste Instructable. Confira mais projetos em cascobaystudios.com

Obrigado pela leitura e até a próxima!

Etapa 7: Código

O código do Arduino está no arquivo anexado. É uma bagunça sangrenta, mas funciona!

Vice-campeão do Arduino Contest 2020