"Marblevator, Pertual?, Cradle" como "Marblevator, Perpetual?, Version 2" y "Marblevator, Perpetual?" no es perpetua en absoluto, ya que es simplemente otra ilusión. Y como sus predecesores, es una ilusión muy silenciosa con el único ruido que hace la canica mientras rueda de un lado a otro en la cuna.
He incorporado un Arduino Nano 33 IoT en este modelo. El software Nano controla la ilusión utilizando dos rutinas de servicio de interrupción activadas por dos transceptores de infrarrojos. Cuando el cojinete de bolas pasa sobre un transceptor de infrarrojos, se genera una interrupción a través del pin de entrada Nano asociado con el transceptor de infrarrojos, lo que hace que se llame a la rutina de servicio de interrupción asociada con el pin. Cada rutina de servicio de interrupción utiliza el historial de interrupción de ambas rutinas de servicio de interrupción para detectar el movimiento descendente del cojinete de bolas. Cuando se detecta movimiento cuesta abajo, el software pulsa una bobina electromagnética para acelerar el cojinete de bolas hacia el otro lado de la pista (ya que el modelo usa transceptores infrarrojos para detectar el cojinete de bolas,
También incluí un software que monitorea el voltaje de la batería a través de un divisor de resistencia y un pin de entrada analógica para poner el Nano a dormir cuando el voltaje de la batería LiPo cae por debajo de un nivel de corte específico (9.6vdc).
Como de costumbre, probablemente olvidé uno o dos archivos o quién sabe qué más, así que si tiene alguna pregunta, no dude en preguntarme, ya que cometo muchos errores.
Diseñado con Autodesk Fusion 360, cortado con Ultimaker Cura 4.12.1 e impreso en 3D en PLA en Ultimaker S5s.
Una nota final, no recibo compensación de ninguna forma por el diseño, las piezas y/o los materiales utilizados en este modelo.
Suministros
Soldador y soldadura.
Un rollo de cable trenzado de 28 AWG rojo, negro, verde y azul.
Hojas de pulido Micromesh (1200, 1500, 2400, 3200).
Papel de lija (grano 120, 220, 400 y 600).
Pegamento espeso de cianoacrilato.
Cinta de dos lados.
Velcro.
Tubo termoretráctil.
Paso 1: Piezas.
Adquirí las siguientes piezas:
Un Arduino Nano 33 IoT [ABX00027]
Una batería LiPo de 11.1vdc 300mAh 3S 30C.
Un conector de acoplamiento JST para la batería.
Una "bobina de levitación magnética" Gikfun EK1909.
Dos transceptores infrarrojos TCRT5000.
Un MOSFET FQP30N06L.
Un diodo 1N4007.
Una resistencia de 10kΩ.
Una resistencia de 2,7 kΩ.
Dos resistencias de 1KΩ.
Un tornillo de cabeza M3 por 8 mm.
Un rodamiento de bolas de 11 mm de diámetro.
Un tornillo de cabeza M3 por 8 mm.
Imprimí en 3D las siguientes piezas a una altura de capa de 0,1 mm, con un 20 % de relleno:
Un "Base.stl" con soporte PLA.
Dos "Perno, Montaje, Bobina.stl".
Un "Bottom.stl".
Un "Montaje, Bobina.stl".
Un "Track.stl" con soporte de ruptura o PVA (requiere una impresora 3D de doble extrusión, vea la imagen de Cura arriba).
Este es un modelo de impresión y montaje de precisión que utiliza a veces piezas muy pequeñas y en espacios muy reducidos. Antes del montaje, pruebe el ajuste y recorte, lime, lije, etc. todas las piezas según sea necesario para un movimiento uniforme de las superficies móviles y un ajuste perfecto para las superficies inmóviles. Dependiendo de su impresora, la configuración de su impresora y los colores que elija, es posible que deba recortar, limar y/o lijar más o menos. Lima con cuidado todos los bordes que entraron en contacto con la placa de construcción para asegurarte de que se eliminó todo el "exudado" de la placa de construcción y que todos los bordes están lisos. Usé pequeñas limas de joyero y mucha paciencia para realizar este paso. Después de imprimir en 3D "Base.stl" y "Track.stl", retiré con cuidado el material de soporte con un destornillador plano de joyero y unos alicates de punta fina.
El modelo también utiliza un ensamblaje roscado, por lo que un macho de roscar M8 por 1,25 y una matriz ayudarán con la limpieza de la rosca si es necesario.
Paso 2: Ensamblaje de montaje en placa y bobina.
Con referencia al diagrama esquemático incluido del diseño electrónico para este modelo, ensamblé la placa y el soporte de la bobina de la siguiente manera:
Dobla los cables de fuente y compuerta MOSFET hacia abajo, luego dobla el cable de drenaje hacia arriba.
Aisló la parte posterior de la lengüeta del disipador de calor MOSFET con cinta aisladora.
Insertó la resistencia de 2.7kΩ entre el pin A7 y GND del Nano.
Insertó la resistencia de 10 kΩ encima de la resistencia de 2,7 kΩ entre el pin A7 y los pines Vin del Nano.
Soldó las dos resistencias insertadas anteriores al Nano y recortó los cables.
Adjuntó la bobina a "Mount, Board and Coil.stl" con el tornillo de cabeza.
Inserte el MOSFET desde la parte inferior en el Nano, pin de puerta a D3 y pin de fuente a GND, pin de drenaje hacia arriba.
Enganchó el Nano en el ensamblaje de la montura.
Coloque el MOSFET 3 mm por encima de la superficie inferior del Nano, suelde la compuerta del MOSFET y los cables de conexión a tierra al Nano, luego recortó el cable de la compuerta, dejando el cable fuente como está para soldarlo más tarde.
Envolvió una punta de cable de bobina sin aislamiento alrededor del pasador de drenaje MOSFET y luego lo soldó.
Envolvió el cable del ánodo del diodo alrededor del pasador de drenaje del MOSFET y luego lo soldó.
Envolvió la punta restante del cable de la bobina sin aislar alrededor del cable del cátodo del diodo y luego la soldó.
Deslizó el tubo termorretráctil sobre el cable negro del conector de acoplamiento JST, soldó el cable negro al conductor de la fuente MOSFET, deslizó el termorretráctil sobre la junta soldada y aplicó suficiente calor para que el termorretráctil aísle la junta.
Soldó el cable rojo del conector de acoplamiento JST al cable del cátodo del diodo.
Pegó el aislamiento del cable rojo del conector de acoplamiento JST al soporte para aliviar la tensión.
Soldó un cable de 60 mm de longitud entre el cátodo del diodo y el pin VIN del Nano.
Con cuidado, doble el cable de la fuente aislado MOSFET hasta que quede plano sobre la placa.
Pegó el aislamiento de los cables rojo y negro del conector de acoplamiento JST al soporte para aliviar la tensión.
Paso 3: Montaje de transceptores de infrarrojos.
6 más imágenes
Refiriéndose nuevamente al diagrama esquemático incluido del diseño electrónico para este modelo, ensamblé los sensores infrarrojos de la siguiente manera:
Dobló el primer cable de ánodo TCRT5000 hacia el primer cable de emisor TCRT5000, soldó los dos cables y luego los recortó.
Soldó una resistencia de 1 KΩ al primer cable de ánodo TCRT5000.
Soldó un cable rojo de 80 mm de longitud al extremo libre de la resistencia de 1 KΩ y luego aisló las juntas de soldadura de la resistencia con un tubo termorretráctil.
Soldó un cable negro de 80 mm de longitud al primer conductor del emisor TCRT5000.
Soldó un cable verde de 80 mm de longitud al primer conductor del colector TCRT5000 y luego aisló la junta de soldadura con un tubo termorretráctil.
Dobló el segundo cable de ánodo TCRT5000 al segundo cable de cátodo TCRT5000, soldó los dos cables juntos y luego recortó todos los cables.
Soldó una resistencia de 1 KΩ al segundo cable de ánodo TCRT5000.
Soldó un cable azul de 80 mm de longitud al segundo conductor del colector TCRT5000 y luego aisló la junta de soldadura con un tubo termorretráctil.
Coloque el primer conjunto TCRT5000 cerca del conjunto de montaje, inserte los cables en el primer orificio TCRT5000 del conjunto de montaje y luego páselos por el segundo orificio TCRT5000 del conjunto de montaje.
Soldó un cable negro de 80 mm de longitud y el cable negro del primer ensamblaje TCRT5000 al segundo conductor del emisor TCRT5000.
Soldó juntos un cable rojo de 80 mm de largo y el cable rojo del conjunto TCRT5000, deslizó un tubo termorretráctil de 20 mm de largo sobre los cables, soldó estos cables al segundo extremo libre de la resistencia TCRT5000, deslizó el tubo termorretráctil sobre la junta de soldadura y aplicar calor para encogerlo.
Soldó el cable verde del primer TCRT5000 al pin Nano D10.
Soldó el cable azul del segundo TCRT5000 al pin Nano D9.
Soldó el cable negro del segundo TCRT5000 al pin Nano GND.
Soldó el cable rojo del segundo TCRT5000 al pin Nano 3.3V.
Lije los rieles con cojinetes de bolas en "Track.stl" comenzando con papel de lija de grano 120, seguido con grano 220, 400 y 600, luego pulió finamente los rieles con hojas Micromesh 1500, 1800, 2400 y 3200.
Deslice con cuidado cada TCRT5000 en los zócalos del transceptor en la pista.
Adjuntó la pista al conjunto de montaje usando dos "Bolt, Mount, Board and Coil.stl".
Paso 4: Software.
He incluido el archivo Arduino "MarblevatorCradle.ino" que contiene el software que se descargará en el Nano. El software se divide en cuatro secciones; setup(), loop(), InterruptServiceInfraredTransceiver1() e InterruptServiceInfraredTransceiver2(). La función setup() contiene el código de inicialización. Después de deshabilitar las interrupciones, el código asigna el pin utilizado para controlar el mosfet como salida digital y borra la salida. A continuación, se asignan los dos pines de entrada del transceptor de infrarrojos y se conectan las interrupciones respectivas. Finalmente, el software establece el pin LED incorporado como salida y luego habilita las interrupciones. La función loop() contiene el código requerido para monitorear el voltaje de la batería. La batería LiPo que utilicé en este modelo no tiene protección de corte de bajo voltaje, por lo que le asigné esta responsabilidad a la función Nano loop(). Después de declarar, inicializar y calcular los diversos parámetros de voltaje de la batería, se encuentra un retraso de diez segundos. Después de la demora, se adquiere el conteo a/d del voltaje de la batería y se compara con el conteo a/d de corte calculado. Si el voltaje de la batería cae por debajo del límite, el Nano se pone a dormir. Finalmente están las dos rutinas de servicio de interrupción, InterruptServiceInfraredTransceiver1() e InterruptServiceInfraredTransceiver2(), cada una asociada a uno de los transceptores de infrarrojos. Cuando el cojinete de bolas rueda sobre un transceptor de infrarrojos, la salida del colector del transceptor de infrarrojos se reducirá, lo que provocará que se llame a la rutina de servicio de interrupción del transceptor de infrarrojos. Después de un retraso, la rutina de servicio de interrupción espera el flanco ascendente del pin de interrupción y luego determina si debe o no pulsar la bobina. En este punto, la variable global "bLastInfraredTransceiverSensorInterrupt" contendrá uno de tres valores; 0, 1 o 2. Si es 0, no se han producido interrupciones anteriormente que indiquen que el modelo acaba de encenderse, por lo que la bobina se pulsará. Si es 1 y la rutina de servicio de interrupción actual es 1, o si es 2 y la rutina de servicio de interrupción actual es 2, entonces la rutina de servicio de interrupción era la rutina de servicio de interrupción anterior cuando el rodamiento rodaba cuesta arriba. Una segunda interrupción consecutiva en la misma rutina de servicio de interrupción indica que el rodamiento de bolas está rodando cuesta abajo, por lo que se pulsará la bobina. Ya sea que la bobina esté pulsada o no, el software registra el número del sensor de servicio de interrupción en "bLastInfraredTransceiverSensorInterrupt" en preparación para la siguiente interrupción.
Paso 5: Ajuste del recorrido del rodamiento de bolas.
El software incluye la constante "COIL_ON_MICROSECONDS" que configuré en 1600 microsegundos (1,6 milisegundos). Dependiendo de qué tan bien se hayan lijado y pulido los rieles de los rodamientos de bolas, es posible que sea necesario reducir este valor si el rodamiento de bolas se desplaza demasiado (por ejemplo, choca con las tapas de los extremos de la pista), o aumentar si el rodamiento de bolas no se desplaza lo suficiente. Para ajustar el valor de COIL_ON_MICROSECONDS, realizo los siguientes pasos:
Coloque el montaje de la pista y el montaje en un pequeño tornillo de banco y verifique que esté nivelado y, si no está nivelado, lo nivelo.
Conecte el Nano a un puerto USB en mi computadora, descargue el software al Nano, luego desconecte el cable USB.
Conecte la batería al conector JST del conjunto.
Coloque el cojinete de bolas en un extremo de la pista y suéltelo.
Supervise el movimiento del rodamiento de bolas.
Si es necesario ajustar el recorrido, desenchufo la batería, conecto el cable USB al Nano, cambio el valor de COIL_ON_MICROSECONDS de 100 a 150, descargo el cambio al Nano, desconecto el cable USB, vuelvo a conectar la batería y luego repito según sea necesario.
Si el valor de COIL_ON_MICROSECONDS se vuelve demasiado grande (supera los 3000 microsegundos de 3,0 milisegundos), vuelvo a pulir la pista, ya que la bobina puede calentarse lo suficiente como para distorsionar el montaje y/o la pista. Medí un aumento promedio de la temperatura de la bobina sobre la temperatura ambiente (72 grados) del modelo prototipo a aproximadamente 2 grados F (por lo tanto, la temperatura de la bobina fue de 74 grados F). Con un ancho de pulso de bobina de 1,6 ms, el cojinete de bolas en el modelo prototipo rueda justo antes de la tapa del extremo a la tapa del extremo, utilizando un consumo de corriente máximo de 112 mAh (durante el pulso de la bobina), un consumo de corriente mínimo de 10 mAh (antes de colocar el cojinete de bolas en la pista), y un consumo de corriente promedio de 25 mAh (después de 30 minutos de funcionamiento).
Para el montaje final, después del ajuste del recorrido de los rodamientos. Realicé los siguientes pasos:
Desconecte la batería.
Adjuntó la batería a "Base.stl" usando Velcro.
Se quitaron los pernos que sujetan la pista al conjunto de montaje.
Retire con cuidado los conjuntos TCRT5000 de los enchufes de las vías.
Coloque el conjunto de montaje en "Case.stl" de manera que los conjuntos TCRT5000 salgan de la ranura de la pista en la parte superior de la caja.
Inserte con cuidado los conjuntos TCRT5000 completamente en los enchufes de las vías.
Asegure la pista al conjunto de montaje y la caja con los dos pernos.
Enchufado en la batería.
Presionó el ensamblaje de la base en el ensamblaje de la caja.
Soltó el cojinete de bolas de un extremo de la pista.
Y así fue como imprimí, soldé, ajusté y ensamblé en 3D "Marblevator, Perpetual?, Cradle".
¡Espero que lo hayan disfrutado!
FUENTE https://www.instructables.com/Marblevator-Perpetual-Cradle/
Comments