ลิฟต์โมเดลควบคุมโดย Arduino: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าฉันสร้างลิฟต์ของเล่นสองระดับได้อย่างไร โดยมีประตูบานเลื่อนที่ใช้งานได้และรถที่เลื่อนขึ้นและลงได้ตามต้องการ

หัวใจของลิฟต์คือ Arduino Uno (หรือในกรณีนี้คือ Adafruit Metro) โดยติดตั้ง Adafruit Motor Shield ไว้ด้านบน ชิลด์ช่วยให้ขับเซอร์โวสองตัวที่จำเป็นในการเปิดและปิดประตูได้ง่ายขึ้นมาก และสเต็ปมอเตอร์ที่ทำให้รถขึ้นและลง

โครงสร้างจริงเป็นส่วนที่ง่ายจริงๆ และสามารถทำได้ในแบบที่คุณต้องการ ส่วนที่ยุ่งยากคือการใส่ทุกอย่างเข้าไปข้างใน และเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งต่าง ๆ อยู่ในแนวเดียวกันอย่างเหมาะสม

ก็ว่ากันไป ลุยเลย!

เสบียง

• Arduino Uno (หรือเทียบเท่า)
• อดาฟรุต มอเตอร์ ชิลด์
• คณะกรรมการประสิทธิภาพ
• ส่วนหัวสำหรับ Arduino และโล่
• เซอร์โวหมุนต่อเนื่อง (2)
• NEMA 17 สเต็ปเปอร์มอเตอร์
• แท่นยึดสเต็ปเปอร์มอเตอร์
• แผ่นใยไม้อัดความหนาแน่นปานกลาง (MDF) 1/2" และ 1/4" ชิ้น
• แผ่นอลูมิเนียม
• แท่งอลูมิเนียม
• แท่งอลูมิเนียม
• อลูมิเนียม U-channel
• เหล็กเส้น
• ท่อพีวีซี (1/8" และ 1/4")
• สายพานไทม์มิ่ง 10มม.
• ลูกรอก 10 มม.
• ปืนกาวร้อน
• สกรู
• แผ่นลูกแก้ว
• ตัวอย่างพื้น
• เทปพันท่อ
• สายไฟ
• ปุ่มขึ้น/ลง
• ไมโครสวิตช์
• ตัวกระตุ้นเชิงเส้นขนาดใหญ่ - แผนอยู่ที่นี่

ขั้นตอนที่ 1: ประตู

ปัญหาแรกที่ฉันตัดสินใจแก้ไขคือประตู ประตูต้องเลื่อนไปมาและยึดไว้ที่ด้านล่างและด้านบนเพื่อไม่ให้พลิกไปมา

ฉันลงเอยด้วยการใช้ช่องยูอลูมิเนียมซึ่งปกติใช้เป็นขอบสำหรับแผงด้านล่างเพื่อให้ประตูอยู่ในเส้นทาง ด้านบนนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย ฉันพบแผนการพิมพ์แบบ 3 มิติสำหรับตัวกระตุ้นเชิงเส้นตรงทางออนไลน์ และคิดว่าแผนเหล่านั้นจะดีสำหรับการผลักประตูปิดและดึงให้เปิดออก ฉันทำประตูจากแผง MDF ขนาดเล็ก และพันแผ่นอะลูมิเนียมรอบๆ แผงเพื่อให้ดูเป็นโลหะ (ดูรูป)

ฉันวางแท่งเหล็กไว้ที่ด้านบนของประตูและติดท่อพีวีซีชิ้นหนึ่งที่ด้านบนของแผงประตู แท่งเหล็กพอดีกับท่อและปล่อยให้ประตูเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระ ในขณะที่ด้านล่างนิ้วที่ 8 หรือประมาณนั้นของประตูอยู่ภายในช่อง U เพื่อให้มันตรง

ฉันวางตัวกระตุ้นเชิงเส้นไว้เหนือแท่งเหล็ก และใช้ท่อพีวีซีมากขึ้นและกาวร้อนมากขึ้นเพื่อให้ตัวกระตุ้นขยับประตูได้ ตัวกระตุ้นเชิงเส้นได้รับการออกแบบโดยใช้เซอร์โวมอเตอร์ขนาดเท่างานอดิเรก ดังนั้นฉันจึงเพิ่มสิ่งเหล่านั้นเข้าไป

ขั้นตอนที่ 2: โครงสร้าง

ขั้นแรก ฉันวาดภาพคร่าวๆ เกี่ยวกับสิ่งที่ฉันต้องการให้ลิฟต์มีหน้าตาเป็นอย่างไร มันต้องมี 2 ชั้น มีรถที่ขึ้นลงและประตูที่เปิดในแต่ละชั้น ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเบี่ยงเบนไปจากร่างเริ่มต้น แต่ไม่เป็นไร!

ต่อไปฉันสร้างโครงสร้างจากแผ่นใยไม้อัดความหนาแน่นปานกลาง (MDF) โดยวัดจากพื้นและช่องเปิดประตู แล้วตัดรูปร่างออกด้วยจิ๊กซอว์และเลื่อยเจาะรู ฐานและด้านบนมีขนาดใหญ่กว่าอาคารเล็กน้อยเพื่อให้มีความมั่นคงและดึงดูดสายตา โครงสร้างมีเพียง 3 ด้าน เนื่องจากผมตัดสินใจเปิดด้านหลังทิ้งไว้เพื่อให้มองเข้าไปข้างในได้

ชิ้นข้างสูง 24 นิ้วและกว้าง 12 นิ้ว และด้านบนและด้านล่างเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส 15 นิ้ว ทั้งหมดทำจากแผ่น MDF 1/2 นิ้ว ประตูสูง 6 นิ้วและกว้างประมาณ 4 นิ้ว อย่าลืมเว้นที่ว่างเพียงพอ เพื่อซ่อนประตูไว้ด้านข้างเมื่อเปิดออก

ฉันยังเพิ่มหิ้งบันไดขนาดเล็กสำหรับนอกชั้น 2

ฉันยังทำรู 2 เหนือประตูแต่ละบานสำหรับตัวบ่งชี้ที่หน้าต่างหรือพื้น รูสำหรับปุ่มโทรที่อยู่ข้างประตูแต่ละบาน และรูเล็กๆ สำหรับไฟ LED เหนือช่องเปิดประตูแต่ละบาน (ซึ่งฉันไม่ได้ใช้งาน)

ฉันทาสีทั้งหมดเป็นสีน้ำเงินเมทัลลิก

ขั้นตอนที่ 3: รถ

รถลิฟต์ทำจากไม้ MDF และแผ่น Plexiglas ด้านหลัง คุณจึงสามารถเห็นรถ Matchbox หรือ Lego ที่คุณใส่ในลิฟต์ ตัวรถเองก็เป็นกล่องธรรมดาๆ ไม่มีอะไรหรูหรามากนัก ฉันวาดมันและใส่โปสการ์ดข้างในเป็นโปสเตอร์ มันกลายเป็นเรื่องหนัก ดังนั้นฉันไม่แน่ใจว่ามอเตอร์จะยกมันขึ้นโดยใช้แผนเดิมของฉันได้อย่างไร เราจะกลับมาที่

ส่วนที่ยากของรถคือการยกรถขึ้นและไม่ให้แกว่งไปมา โดยใช้วิธีกาวร้อนและพีวีซีที่ทดลองแล้วจริง (ฉันจะกลับไปเหมือนเดิม อย่าลืม) ฉันใส่แท่งอลูมิเนียมสี่อันที่ลากจากด้านบนลงด้านล่างของโครงสร้างแล้ววางเรียงกัน รถและท่อที่ฉันติดกาวที่แต่ละมุม สิ่งนี้ทำให้ลิฟต์อยู่กับที่ขณะขึ้นและลง

ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติยื่นออกมาจากผนังด้านในของโครงสร้างเล็กน้อย ดังนั้นฉันจึงต้องเก็บลิฟต์ไว้ห่างจากประตูที่เปิดไว้สองสามนิ้ว ฉันไม่ต้องการให้มีกองศพที่ด้านล่างของปล่องลิฟต์จากเลโก้ minifigs ที่ไม่ "สนใจช่องว่างขนาดใหญ่" ดังนั้นฉันจึงเพิ่มแพลตฟอร์มสั้น ๆ ที่ประตูซึ่งค่อนข้างใกล้กับด้านเปิด ของรถลิฟต์ซึ่งแก้ปัญหาได้

ขั้นตอนที่ 4: มอเตอร์และถ่วงน้ำหนัก

ปัญหาต่อมาคือทำอย่างไรให้รถขึ้นลง ฉันซื้อสเต็ปเปอร์มอเตอร์ NEMA-17 (ขนาดนั้น ไม่ใช่กำลัง) จาก Adafruit และพยายามยกรถลิฟต์ด้วยเชือกเส้นหนึ่งและสปูลพิมพ์ 3 มิติที่ติดอยู่กับก้านของสเต็ปเพื่อไขเชือก

นั่นไม่ได้ผล ดังนั้นฉันจึงเริ่มคิดว่าลิฟต์จริงทำงานอย่างไรโดยใช้น้ำหนักถ่วง ด้วยวิธีนี้มอเตอร์จะไม่ต้องยกน้ำหนักเต็มของรถ แต่เพียงต้องเริ่มการเคลื่อนไหวเริ่มต้นซึ่งต้องใช้แรงบิดน้อยกว่ามาก ฉันได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับแรงบิดในโครงการนี้

อย่างไรก็ตาม แนวคิดถ่วงน้ำหนักของฉันนั้นมั่นคง และฉันลงเอยด้วยการใช้สายพานและรอกขนาดกว้าง 10 มม. ซึ่งคล้ายกับที่ใช้สร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ รถมีน้ำหนักประมาณหนึ่งกิโลกรัม (2 ปอนด์) และสเต็ปเปอร์มอเตอร์ได้รับการจัดอันดับว่าสามารถยกน้ำหนักได้ 2 กิโลกรัมที่หนึ่งเซนติเมตรจากศูนย์กลางของเพลา (มีปัญหาเรื่องแรงบิดมากกว่า) งั้นก็ลุยเลยดีกว่า

ปลายด้านหนึ่งของสายพานติดอยู่ที่ด้านบนของลิฟต์รถ (โดยใช้แผ่นโลหะแบบขันเกลียว) จากนั้นสายพานก็เดินตรงขึ้นไปบนเฟืองแบบฟันเฟืองบนสเต็ปเปอร์มอเตอร์ซึ่งติดตั้งอยู่บนเพดานของโครงสร้าง จากนั้นสายพานก็เคลื่อนไป 90 องศาจากส่วนบนของโครงสร้างไปยังรอกแบบซี่ฟันซี่ที่สอง ซึ่งติดอยู่กับแท่งเหล็กอีกอันหนึ่งซึ่งติดตั้งอยู่บนโครงยึด (ดูรูป) จากนั้นเข็มขัดก็เลี้ยวตรงไปอีก 90 องศาและติดกับน้ำหนักถ่วง (แน่นอนว่าคุณต้องวัดสิ่งเหล่านี้ทั้งหมดและวางไว้อย่างถูกต้องเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดแรงกดบนสายพานมากเกินไป)

น้ำหนักถ่วงทำจากไม้ตัวอย่างสี่ชิ้นจาก Home Depot ที่ฉันขันและติดเทปพันท่อเข้าด้วยกัน เข็มขัดถูกยึดไว้ตรงกลางของชิ้นส่วน และส่วนหางส่วนเกินก็ถูกขันลงที่ด้านนอกด้วย ฉันวางแท่งเหล็ก 2 อันเพื่อให้ตุ้มน้ำหนักเคลื่อนที่ขึ้นและลง โดยใช้ท่อพีวีซีที่ติดกาวที่ด้านใดด้านหนึ่งของมัดตุ้มน้ำหนักเพื่อยึด

เมื่อชิ้นส่วนโครงสร้างทั้งหมดเข้าที่แล้ว ก็ได้เวลาทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ขั้นตอนที่ 5: สวิตช์และอิเล็กทรอนิกส์

สมองของโครงการนี้คือ Arduino Uno โดยมี Adafruit Motor Shield อยู่ด้านบน ชิลด์ช่วยให้ขับเซอร์โวมอเตอร์สองตัวและสเต็ปเปอร์มอเตอร์ได้ง่ายขึ้นมาก ในขณะที่ยังสามารถเข้าถึงพินส่วนใหญ่บน Arduino ได้ สเต็ปเปอร์มอเตอร์ยังต้องการมากกว่าเอาท์พุต 5V ของ Arduino และชิลด์ช่วยให้คุณเพิ่มแรงดันไฟไปยังมอเตอร์แล้วลดระดับลงสำหรับ Arduino มอเตอร์ใช้ไฟสูงสุด 12V แต่ในที่สุดฉันก็ใช้อินพุต 9V เนื่องจากฉันทอดตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบน Arduino เมื่อประตูบานใดบานหนึ่งติดอยู่

ฉันใช้หน้าอื่นจากวิธีสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ และใช้สวิตช์สัมผัสขนาดเล็กในทุกจุดที่คุณต้องการให้สิ่งต่างๆ หยุดเคลื่อนไหว ดังนั้นฉันจึงมีสวิตช์สัมผัสชั่วขณะอยู่ที่ 6 ตำแหน่ง พวกเขาตรวจพบว่ารถอยู่ที่ไหนและสถานะของประตูแต่ละบานเป็นอย่างไร เมื่อรถอยู่ที่ด้านล่างของโครงสร้างก็กดสวิตช์ใต้ท้องรถ เมื่ออยู่ด้านบนสุด สวิตช์ที่ด้านล่างของเครื่องถ่วงน้ำหนักก็ถูกเปิดใช้งาน ประตูยังกดสวิตช์ทั้งสองด้านเมื่อเปิดหรือปิด

ในการเรียกลิฟต์ ฉันวางปุ่มไฟที่ด้านหน้าของโครงสร้าง ปุ่มเหล่านี้เป็นปุ่มสามเหลี่ยมสุดเท่พร้อมไฟ LED ด้านในจึงสว่างขึ้นเมื่อกด (หากคุณต่อสายด้วยวิธีนี้)

รหัสจริงสำหรับโครงการนี้ไม่ซับซ้อนเกินไป ลูปหลักของร่าง Arduino จะตรวจสอบการกดปุ่มขึ้นหรือลง ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของรถ โปรแกรมจะตอบสนองด้วยการขยับรถจากนั้นเปิดประตูสักครู่แล้วปิดประตู หรือถ้ารถอยู่ที่พื้นที่กดปุ่ม ก็แค่เปิดประตู แล้วปิดหลังจาก 5 วินาที

มีการแก้ไขปัญหามากมาย แต่ในที่สุดฉันก็ทำทุกอย่างได้อย่างน่าเชื่อถือ ขั้นตอนสุดท้ายคือ Plexiglas ชิ้นใหญ่ที่ด้านหลังพร้อมรูเจาะเพื่อเข้าถึงแจ็คไฟ

นี่เป็นโครงการที่สนุกจริงๆ และฉันได้เรียนรู้อะไรมากมาย ตอนที่ฉันกำลังสร้างมัน ฉันกำลังค้นหาทั่วๆ ไปสำหรับแผนบางอย่างเกี่ยวกับสิ่งนี้ แต่ฉันก็ไม่พบอะไรมาก หวังว่าคำแนะนำนี้จะสามารถช่วยคนที่ต้องการสร้างโครงการที่คล้ายกันได้

ขั้นตอนที่ 6: การปิดความคิด

สิ่งหนึ่งที่ฉันจะเพิ่มในการสร้างที่สองคือวิธีที่จะสัมผัสได้ว่ามีบางอย่างขวางประตูอยู่หรือไม่ เช่น ลิฟต์จริง ฉันคิดว่าเซ็นเซอร์วัดแสงบางประเภทก็ใช้ได้ แต่คนที่ฉลาดกว่าฉันจะคิดออก

นอกจากนี้ นี่เป็นโครงการสำหรับลูกค้า และฉันจัดส่งให้โดยใช้ UPS อย่างไรก็ตาม ฉันปล่อยให้ UPS แพ็คมัน ซึ่งกลายเป็นความผิดพลาดครั้งใหญ่ ลิฟต์มาถึงด้วยชิ้นส่วนที่ขาด และเข็มขัดก็ถูกปลด และประตูบานหนึ่งก็ไม่ทำงาน ฉันทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อเริ่มต้นใช้งาน แต่ท่อพีวีซีแบบติดกาวบางส่วนของฉันหลุดออกมา และในอนาคตฉันอาจจะพยายามหาวิธีแก้ปัญหาที่หรูหรากว่ากาวร้อน คราวหน้าฉันจะแพ็คเองด้วย! ฉันหวังว่าพวกคุณจะสนุกกับคำแนะนำนี้ ดูโครงการเพิ่มเติมได้ที่ cascobaystudios.com

ขอบคุณสำหรับการอ่านและพบกันใหม่ครั้งหน้า!

ขั้นตอนที่ 7: รหัส

รหัส Arduino อยู่ในไฟล์แนบ ถึงจะวุ่นวายแต่ได้ผล!

รองชนะเลิศการแข่งขัน Arduino 2020