O modelo em escala Railroad Tornado: 16 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Tenho certeza de que todas as pessoas já viram um Tornado em vídeos. Mas você já viu um operando em animação completa em uma ferrovia O Scale Model? Bem, ainda não o instalamos na ferrovia, pois ele faz parte de um sistema completo de som e animação. Mas quando concluído, deve ser uma atração.

Este projeto o conduz pelas etapas para construir uma animação operacional a partir de hardware CNC, drives de motor e controles Arduino

Etapa 1: Qual será a aparência dessa animação?

Para entender o que estamos construindo, um modelo 3D foi criado e uma simulação produzida.

Etapa 2: Construindo o Painel Básico

Este projeto consiste em um painel do eixo Z, um painel do eixo X, microcontroladores Arduino, motores de passo, drives de ponte H, drives de micro passo e o próprio Tornado. A primeira coisa a fazer é coletar a lista de materiais do Painel Básico. Os dois painéis de eixo são semelhantes, portanto, o processo de construção para um painel é o mesmo para o outro painel.

CONTA DE MATERIAIS - Proveniente de Banggood. Com/ lumber store

Eixo X

· (1) Conjunto de parafuso de alimentação T8 500 mm de comprimento

· (1) Motor de passo do tipo NEMA 17 de 12 volts 200 passo 4 fios

· (2) hastes de suporte de 500 mm com montagens de extremidade e deslizantes

(1) Chave de limite com cabo

(1) Suporte de montagem de motor de passo

Base de madeira compensada de bétula de 1/2 polegada cortada em 6-1 / 2 x 24 polegadas

palitos de agitação de tinta de 1/8 de espessura padrão

parafusos variados M3, M4, M5

Etapa 3: Monte as peças no painel

O suporte do motor de passo é a primeira peça a ser montada em uma extremidade da base de 1/2 x 6-1 / 2 x 24 polegadas. Este suporte é montado na linha central da base e certifique-se de que esteja alinhado com a borda longa. Monte o motor de passo neste suporte e instale o acoplamento de transmissão. Você descobrirá que a linha de centro do acionamento do motor de passo é suficientemente alta em relação à base, de modo que os alojamentos do rolamento do parafuso de alimentação devem ser montados em pranchas de madeira para nivelar o conjunto. Uma peça de 1/2 de madeira compensada Birch é um bom ponto de partida. Em seguida, adicione uma placa de calço que alinhe a linha de centro das caixas de mancal do parafuso de alimentação.

Agora, usando um bastão para mexer tinta, faça os orifícios correspondentes ao flange do parafuso de alimentação e monte com parafusos M3 e arruelas de pressão. Usar o Locktite nessas partes agora irá evitar que elas se separem mais tarde. Agora rosqueie este conjunto no parafuso de alimentação. Instale uma extremidade do parafuso de alimentação na caixa do rolamento na extremidade do motor de passo. Agora coloque a outra caixa de rolamento na outra extremidade da base, instale o parafuso de alimentação e prenda a caixa na base com as pranchas e calços. ASSEGURE-SE de que esta montagem está paralela à borda da base.

Agora, organize as hastes de suporte com suas caixas de suporte de extremidade nas pranchas usadas para apoiar as caixas de mancal. É fundamental que todas essas peças estejam quadradas e paralelas. Portanto, não monte as peças na base até que todas as peças estejam dispostas na base. Neste ponto, pintar palitos ou compensado de madeira de 1/4 funcionam bem e podem ser cortados na largura desejada e perfurados com orifícios de montagem para combinar com os controles deslizantes da haste de suporte. Monte as tiras cruzadas nos controles deslizantes frouxamente e deslize-as para cada extremidade de as hastes de suporte para estabelecer as caixas das extremidades da haste de suporte no lugar. Uma vez que essas posições são estabelecidas, aparafuse-as no lugar. Neste ponto, você deve ter o flange do parafuso de alimentação com o bastão de tinta imprensado entre os controles deslizantes.

A última etapa é colocar cintas de segurança para as pranchas transversais deslizantes. Aperte os controles deslizantes juntos, imprensando a vareta de mexer flangeada e as pranchas de suporte do parafuso no lugar. O bastão para mexer tinta pode agora ser cortado rente com as tiras que acabaram de ser aplicadas. Agora a montagem está completa e permite o movimento do flange dentro das pranchas de fixação. Você pode testar esta montagem girando o parafuso de alimentação com a mão para ter certeza de que tudo se move livremente sem emperrar.

Etapa 4: instalar a chave limitadora

O interruptor de limite é montado em ambos os painéis perto da extremidade do motor. Ele é usado como um sensor de posição de retorno para definir ambos os eixos em uma posição inicial quando a energia é conectada ao Painel de Controle. A montagem exata é a preferência do usuário, mas testamos 2 designs; um que tinha uma pá pendurada na carruagem para acertar o interruptor e o outro usava a vareta de metal com porca de flange como ponto de contato. Não importa como essa chave é montada, contanto que a chave seja ativada ANTES de o carro atingir o final de seu percurso na extremidade do motor.

Etapa 5: Montagem do painel do eixo Z

O painel do eixo Z é idêntico ao painel do eixo X, exceto que substituímos um parafuso de alimentação diferente por uma guia de 2 mm para tornar o movimento mais rápido.

(1) Parafuso de alimentação T8 com chumbo de 2 mm e porca de flange de latão

Todas as outras etapas são iguais, portanto, crie este painel agora.

Etapa 6: monte os eixos X e Z juntos

A montagem dos 2 eixos juntos é muito simples. Primeiro, adicionamos uma peça de 6-1 / 2 x 5 "de compensado de bétula de 1/2" ao conjunto do carro do eixo X. Em seguida, aparafusamos o painel do eixo Z nesta placa. A localização do eixo Z em relação ao eixo X é a preferência do usuário. Em nosso protótipo, definimos a extremidade do motor a cerca de 20 centímetros de distância do centro do conjunto do carro do eixo X. O painel de controle ficará abaixo do eixo X quando montado, então este espaço pareceu apropriado. Lembre-se de que os painéis dos eixos X e Z foram mostrados planos para montagem, mas quando montados no layout do modelo de ferrovia, o eixo X é posicionado a 90 graus da superfície da ferrovia.

Etapa 7: Construindo o Tornado

Tornado Design

O tornado será construído com um motor de 12vcc, um pino de madeira de ¼”, um acoplador flexível para a conexão do motor ao eixo e será controlado por um controlador de motor de ponte L298N H acionado por Arduino.

Este é o conjunto do motor: motor da caixa de engrenagens 12 vdc 25 rpm

O funil está batendo encontrado em lojas de artesanato. Usamos folhas de batedura finas do Walmart.

O funil exigirá algum trabalho artístico para obter a aparência desejada. A parte mais importante é projetar e construir o conjunto do carro do eixo Z para acomodar o motor e o acoplamento. A altura da carruagem determinará o diâmetro máximo do funil. Sempre que desejar trocar o funil, basta retirar o pino do acoplamento. Isso pode ser feito a qualquer momento, uma vez que o sistema esteja instalado. Portanto, se você quiser experimentar diferentes funis, é fácil de fazer.

Mas, neste ponto do processo de construção, apenas determine a altura acima do carro e construa um suporte do motor para apoiar o motor e a caixa de engrenagens. Existe um suporte de montagem feito comercialmente: Montagem do motor

O tempo de espera para obter o suporte de metal era muito longo, então decidimos construir um arranjo de montagem para a unidade de rotação Tornado com pequenos pedaços de madeira. Nessas fotos, a montagem foi projetada para limpar uma parte superior de 5 polegadas de diâmetro da nuvem do funil. caso esta disposição seja insatisfatória, montamos o conjunto nas correias de amarração do carro. Se esse arranjo não atender às nossas necessidades por algum motivo, o conjunto pode ser removido com apenas 4 parafusos Allen.

As conexões do motor são pequenas e frágeis, então os cabos são soldados ao motor e usamos parafusos e arruelas para prendê-los. O arnês de viagem será soldado a esta conexão.

Etapa 8: Controle da animação

Agora que construímos os painéis de 2 eixos e os montamos juntos, como fazemos essa animação funcionar? O vídeo é uma atualização de testes realizados durante a construção do sistema de protótipo. Então, como fizemos essa animação? A resposta é que usamos 2 microcontroladores Arduino para controlar a ação. As próximas etapas detalharão a construção do painel de controle, o equipamento usado, os diagramas de fiação e o código de programação.

Etapa 9: usando micro controladores Arduino para animar o movimento

Tornado Motion Design

Para controlar o Tornado, primeiro definimos como queremos que ele funcione:

1. Ligue o motor para a rotação Tornado.

2. Inicie o movimento do eixo Z com um motor de passo acionando um parafuso de alimentação verticalmente para baixo. Isso move o Tornado rotativo de sua posição oculta até a superfície da mesa.

3. Inicie o movimento do eixo X com um motor de passo acionando um parafuso de alimentação e uma plataforma. Isso moverá o tornado da direita para a esquerda em toda a distância do parafuso de alimentação.

4. Inicie o motor de passo do eixo Z para elevar o Tornado rotativo de volta ao topo, fora do campo de visão. Desligue a alimentação do motor de passo do eixo Z.

5. Inicie o motor de passo do eixo X para retornar à posição inicial correta. Desligue a alimentação do motor de passo do eixo X.

6. Desligue a alimentação do motor rotativo Tornado.

Basicamente, estamos criando uma fresadora CNC de 2 eixos. A rotação Tornado é o roteador e os outros 2 eixos são para movimento horizontal e vertical. Para realizar isso, precisaremos usar 1 Arduino MEGA (denominado “MOVEMENT CONTROLLER”) programado para operar (2) placas de driver Micro Stepper TB6600 para controlar 2 motores de passo. Também usaremos 1 Arduino UNO (denominado “MASTER CONTROLLER”) para controlar a rotação do Tornado e iniciar o MOVEMENT CONTROLLER. O controle do sistema será fornecido por uma chave liga / desliga para a alimentação de 12 volts CC para o sistema. Um interruptor momentâneo estará localizado próximo à posição Tornado no layout para iniciar um circuito de relé de energia com travamento. Este controle de interruptor momentâneo ligará o sistema e o MASTER CONTROLLER será ligado, e o motor DC acionado por engrenagem começará a girar o Tornado e, em seguida, fornecerá energia ao MOVEMENT CONTROLLER para a sequência de movimento.

Etapa 10: Equipamento necessário para o painel de controle

Lista de materiais do sistema de controle

(1) Arduino UNO e (1) microcontroladores Arduino Mega

(1) Placa modular ponte L298N Módulo H para drive Tornado ·

(2) placas de driver de micro etapa do motor de passo TB6600 para painel dos eixos Z e X

(1) fonte de alimentação de 12 volts dc

(1) Chave seletora SPDT montada no painel

(2) relé de 5 volts dc para Arduino ·

Fiação diversa com LED verde e resistores

Tiras terminais

Placas de montagem e hardware

Etapa 11: Montagem do equipamento em um painel de controle

Primeiro selecione um material do Painel de Controle. Usamos um pedaço de compensado de madeira de lei com 1/4 de polegada de espessura. Começamos com uma peça de 2 por 2 pés para organizar o equipamento. Não há segredo para este painel, apenas monte tudo em um local que possibilite pequenos cabos e acessibilidade para alimentação de 12 volts, cabos do motor e fiação da chave de limite dos painéis Axis.

Etapa 12: Fiação do equipamento do controlador mestre

O esquema mostrado para o controlador mestre pode não ser totalmente preciso devido à falta de bibliotecas de peças para o módulo L298N e o relé controlado por sinal de 5 volts. O resto do circuito é preciso para conexões com o Arduino Uno e o Arduino Mega.

Para uma fiação precisa do L298N, precisamos consultar a imagem que mostra as conexões dos fios com os números dos terminais mostrados. A segunda imagem mostra apenas os terminais usados neste projeto.

Para uma fiação precisa do relé de 5 volts para Arduino, precisamos consultar a imagem acima.

Em caso de dúvida, sempre consulte o IDE do Arduino para o controlador mestre para conexões de pinos.

Etapa 13: Fiação do controlador de movimento

O Arduino Mega é usado como o controlador de movimento. Ele faz interface com os micro drives de passo e os motores de passo. A conexão Vin não é mostrada, pois é mostrada no esquema do controlador mestre.

Etapa 14: Circuito de travamento de energia do sistema

Para controlar a energia do sistema e permitir o desligamento automático quando a animação estiver concluída, um circuito de travamento é empregado com uma chave momentânea nos contatos do relé NO de energia de 12 volts. O relé de 5 volts controlado pelos sinais do Arduino bloqueia o circuito. Quando o sinal fica BAIXO, a energia do sistema é desligada. Um LED separado é usado para mostrar que o sistema está travado.

Etapa 15: Código Arduino

Uma vez que este não é um instrutivo sobre como escrever o código do Arduino, anexamos os arquivos Master e Movement para sua visualização e / ou download.

Etapa 16: Construindo a estrutura de montagem

A estrutura de suporte do sistema é construída em madeira simples. É um suporte de 3 pernas que tem o painel do eixo X anexado para estabelecer o local adequado para o Tornado na superfície do layout. O painel de controle é montado atrás do painel do eixo X para permitir a livre movimentação do painel do eixo Z móvel. Todo o conjunto pode ser preso à parede ou deixado em pé para fácil remoção, se necessário.