วิธีสร้างเครื่องเล่นกลของ Claude Shannon: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

คลอดด์ แชนนอนเป็นวิศวกร/นักคณิตศาสตร์ที่เก่งกาจ ผู้สร้างทฤษฎีข้อมูลและโดยทั่วไปแล้วเป็นพรแก่เราในโลกดิจิทัล เขาเป็นนักเล่นปาหี่และนักปั่นจักรยานคนเดียวและเขาได้สร้างเครื่องเล่นกลเครื่องแรก ฉันตัดสินใจสร้างเครื่องเล่นกลตามการออกแบบของเขา แม้ว่าเขาจะไม่ได้ทิ้งข้อกำหนดใดๆ ไว้สำหรับการสร้างเครื่องนี้ก็ตาม จากการดูวิดีโอเครื่องของเขาและอีกสองมหาวิทยาลัยที่สร้างเครื่องจักร ฉันได้เครื่องที่ใช้งานได้ ฉันต้องการแบ่งปันข้อมูลจำเพาะของเครื่องจักรของฉันโดยหวังว่าผู้ที่มีทักษะด้านเครื่องจักรจริงจะสร้างเครื่องจักรที่ใช้งานได้ดีกว่ามาก ตอนนี้ เครื่องจักรที่ฉันสร้างขึ้นนั้นใช้งานได้ดีอย่างน่าประหลาดใจเมื่อพิจารณาจากขยะส่วนใหญ่ที่ฉันนอนอยู่รอบๆ หรือบางส่วนจากโครงการอื่น มีฟันเฟืองของมอเตอร์เกียร์เล็กน้อย ติดตั้งอยู่บนเฟรมที่วางหนังสือเรียนบางเล่มบนพื้น และ มีมอเตอร์ที่บางครั้งตัดสินใจเร่งความเร็วหรือลดความเร็วเอง

กรุณาตรวจสอบวิดีโอ ขั้นตอนต่อไปนี้จะแสดงโครงสร้างพื้นฐาน ข้อมูลจำเพาะ และวิธีปรับความแรงและตำแหน่งของแขนขว้างบอล

สังเกตเช่นกันในวิดีโอของฉันที่เริ่มเวลาประมาณ 0:40 น. ลูกบอลที่กระเด้งตามสัญลักษณ์อินฟินิตี้ น่าสนใจ.

ฉันขอท้าให้ทุกคนสร้างเครื่องเล่นปาหี่ที่ทำด้วยโลหะหรือแม้แต่เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ฉันได้เห็นคำขอสองสามอย่างบนอินเทอร์เน็ตสำหรับเครื่องเล่นกลที่ใช้งานได้ แต่ดูเหมือนว่าจะไม่มีใครมีอยู่

อีกทางเลือกหนึ่งคือการจำลองเครื่องทำงานบน Matlab หรือซอฟต์แวร์จำลองบางตัว

หากใครมีความรู้เกี่ยวกับที่อยู่ของเครื่องเล่นปาหี่ของ Claude Shannon ฉันจะขอบคุณมาก ฉันเสียใจที่เขาไม่ได้เผยแพร่รายละเอียดใด ๆ เกี่ยวกับการออกแบบของเขา และรูปถ่ายเครื่องจักรของเขาสองสามรูปก็พูดได้มากมาย

สุดท้ายนี้ ฉันแค่อยากแสดงความขอบคุณอย่างสูงต่อ Claude Shannon ที่ให้รากฐานสำหรับโลกดิจิทัลของเรา

นี่คือวิดีโอของ Claude Shannon และเครื่องเล่นกลของเขา: Claude Shannon Jugging

ขั้นตอนที่ 1: โครงสร้างเครื่องเล่นปาหี่ขั้นพื้นฐาน

โครง: โครงเป็นเขียงไม้ไผ่สองสามแผ่นซึ่งค่อนข้างหนักและเป็นขายึดที่ดีสำหรับส่วนอื่นๆ คุณสามารถใช้อะไรก็ได้ แต่ต้องตระหนักว่าคุณอาจต้องขยับที่ยึดมอเตอร์ไปรอบๆ เล็กน้อย

ลูกปืนหลัก: ลูกปืนหลักคือเพลาจักรยานที่ยึดในลูกปืนสองตัว ฉันซื้อแยกต่างหาก แต่พอดีและไม่มีการเล่นอย่างแน่นอน อย่าทำสิ่งที่คุณสามารถเอาชนะแบริ่งนี้ได้

แขนถ้วยหลัก: ฉันใช้คันเบ็ดตกปลาคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับแขนถ้วย ฉันใช้ชิ้นส่วนเล็กๆ ที่พอดีกับเพลาจักรยาน แล้วจึงอีพ็อกซี่เข้าไปในรูที่แขนถ้วยหลัก แข็งมากและใช้งานได้ดี

ถ้วย: ถ้วยหรือมือเป็นเพียงโฟมฟองน้ำ (โฟมบรรจุคอมพิวเตอร์) ที่ติดกาวสามเหลี่ยมกระดาษแข็ง ด้านในกระดาษแข็งเป็นรูปสามเหลี่ยมไวนิลที่ทำจากสมุดบันทึกไวนิล พื้นผิวที่แข็งของไวนิลจะยึดและปล่อยลูกเหล็กได้สม่ำเสมอกว่ากระดาษแข็ง คุณอาจจะหาถ้วยที่ดีกว่านี้ได้ แต่นั่นคือทั้งหมดที่ฉันมีอยู่ ฉันคิดว่าบางทีการตัดไม้พายปิงปองอาจใช้ได้ผลดีที่สุด แต่ก็ค่อนข้างหนัก ต้องการให้ถ้วยมีน้ำหนักเบาที่สุด

ที่ยึดมอเตอร์: ฉันติดมอเตอร์บนกระดานไม้ไผ่ด้วยที่ยึดมอเตอร์อะลูมิเนียม คุณจะต้องเคลื่อนมันไปรอบๆ เพื่อให้อุปกรณ์ยึดที่เคลื่อนย้ายได้นั้นเหมาะสมที่สุด แต่ฉันไม่มีวิธีที่ดีในการทำเช่นนั้น เลยต้องคลายเกลียวทั้งหมด ขยับ ขันกลับเข้าไปใหม่ ใช้เวลา แต่แท่นยึดนั้นไม่สำคัญนัก เพียงวางไว้ใต้ตำแหน่งที่ติดมอเตอร์อาร์มแบบยาวเข้ากับแขนคัพอาร์มหลัก

อะแดปเตอร์เพลามอเตอร์: คุณต้องมีวิธีติดตั้งเพลามอเตอร์กับแขนสั้น ฉันพบว่าอะแดปเตอร์ 5 มม. เหล่านี้สมบูรณ์แบบ

แขนมอเตอร์ขนาดเล็ก: แขนสั้นเป็นชิ้นส่วนของอะลูมิเนียมแบน เจาะรูได้ง่าย และคุณอาจจะเจาะรูหลาย ๆ อันจนกว่าจะพบจุดปรับที่เหมาะสมที่สุด

แขนมอเตอร์ขนาดใหญ่: หัวเข็มขัดแบบหมุน 2 อัน (8 มม.) พร้อมแกนเกลียวคั่นระหว่างกันช่วยให้ปรับตัวได้ดี คุณจะใช้เวลามากในการปรับแขนนี้

ขั้นตอนที่ 2: ข้อมูลจำเพาะ

มีความยาวแขนที่สำคัญประมาณ 9 จุด จุดยึด และข้อกำหนดอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาเพื่อให้เครื่องนี้ทำงานได้ ฉันคำนวณการเรียงสับเปลี่ยนสำหรับการปรับเปลี่ยนที่เป็นไปได้ที่ฉันสามารถทำได้บนเครื่องของฉันและได้ผลลัพธ์ประมาณ 60, 000 ในจำนวนนั้น ฉันไม่รู้ว่าจะมีกี่วิธีที่ใช้งานได้จริง

เมื่อดูแผนภาพด้านบน ฉันจะอธิบายการวัดแต่ละครั้ง

1. ระยะห่างระหว่างกระเป๋าของถ้วยทั้งสอง (หรือมือ) ในกรณีของฉันคือ 54 เซนติเมตร การวางถ้วยทั้งสองไว้ใกล้เกินไปจะทำให้มีที่ว่างไม่เพียงพอสำหรับลูกบอลกระเด็น และการวางห่างกันเกินไปจะทำให้ลูกบอลกระเด้งสั้นเกินไปที่จะจับในอีกถ้วยหนึ่ง แต่แขนควรจะปรับได้ และฉันทำได้โดยวางถ้วยสองใบบนสองส่วนภายในส่วนของคันเบ็ดที่เลื่อนเข้าไปในเสาหลักที่ใหญ่กว่า จากนั้นฉันก็ติดกาวที่เล็กกว่าให้เข้าที่

2. มอเตอร์ติดอยู่กับแขนสองข้าง อันหนึ่งอันสั้นและอันที่ยาวกว่า อันที่ยาวกว่าติดอยู่กับแขนรองรับถ้วยประมาณ 7.3 ซม. จากตลับลูกปืนหลักที่แขนถ้วยหลักหมุน

3. ลูกปืนหลักอยู่ห่างจากพื้นหรือพื้นผิวที่ลูกจะกระดอนประมาณ 24 ซม. ในกรณีของฉัน ฉันจะเพิ่มหรือลบตำราเรียนที่โครงเครื่องวางอยู่ ไม่ใช่การตั้งค่าในอุดมคติ จริงๆแล้วโครงต้องหนักมากหรือยึดติดกับพื้นในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง เวลาเครื่องผมทำงาน เครื่องจะสั่นนิดหน่อย และการเล่นแบบนั้นไม่ใช่ความคิดที่ดี เพราะจะส่งผลต่อจังหวะเวลาของเครื่อง

4. ระยะห่างจากลูกปืนหลักถึงแกนมอเตอร์ประมาณ 15 ซม.

5. ระยะห่างจากแนวดิ่งของแบริ่งหลักและเพลามอเตอร์คือ 10 ซม. ระยะทางนี้ดูเหมือนจะไม่สำคัญจริงๆ

6. ระยะห่างจากเพลามอเตอร์ไปยังจุดยึดแขนที่ยาวกว่าบนแขนที่สั้นกว่าคือ 4.5 ซม. แขนนี้มีความสำคัญต่อการปรับจุดสูงสุดและต่ำสุดของทั้งสองถ้วย หากคุณต้องการโยนลูกบอลให้ไกลขึ้น ให้ยืดระยะทางที่แขนสั้น หากคุณต้องการให้ทั้งสองถ้วยใช้แรงน้อยลง ให้ย่อให้สั้นลง

7. แขนมอเตอร์ที่ยาวขึ้นน่าจะเป็นจุดที่ปรับมากที่สุดในเครื่อง นั่นคือเหตุผลที่ฉันทำให้มันปรับได้ง่ายโดยใช้หัวเข็มขัดแบบหมุนสองอันและแกนเกลียว เป็นจุดเดียวที่คุณสามารถเปลี่ยนความสูงและกำลังการขว้างถ้วยได้ การยืดแขนนี้ ถ้วยขวาจะสูงขึ้นและโยนได้ไกลขึ้น และแขนซ้ายจะลดต่ำลงและโยนให้สั้นลง การย่อแขนนี้จะทำให้คุณได้รับผลตรงกันข้าม มันคือจุดปรับอีควอไลเซอร์สำหรับสองถ้วย

ตัวแปรอื่นๆ อีกสองสามปัจจัยที่ส่งผลต่อการทำงานที่เหมาะสมของเครื่อง หนึ่งคือขนาดของลูกบอล ฉันใช้ลูกเหล็กขนาด 15 มม. ลูกเล็กหรือใหญ่กว่าจะต้องเปลี่ยนตัวแปรอื่นๆ ทั้งหมด ตัวแปรที่สองคือความเร็วของมอเตอร์ คุณจะต้องมีแหล่งจ่ายไฟที่ปรับได้หรือตัวควบคุมมอเตอร์เพื่อควบคุมรอบต่อนาทีของมอเตอร์ ในกรณีของฉัน ฉันใช้หูดที่ผนังแบบแปรผัน 12 โวลต์

การคำนวณการเปลี่ยนแปลงของการปรับเครื่องจักรของฉัน:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (สูงกว่าค่าประมาณเดิมของฉันมาก โดยที่ฉันให้จุดปรับเพียง 3 จุดสำหรับแต่ละแขนหรือระยะทาง) ไม่แน่ใจว่าจะใช้ได้กี่จุด

ขั้นตอนที่ 3: เคล็ดลับการปรับบางอย่าง…

เมื่อเครื่องถูกสร้างขึ้นแล้วก็ถึงเวลาที่จะต้องทำงาน ฉันเริ่มต้นด้วยการพยายามโยนลูกบอลหนึ่งลูกแล้วรับอีกถ้วยหนึ่ง ฉันเริ่มต้นด้วยการตั้งค่ารอบต่อนาทีรอบ 80 รอบต่อนาที ควรโยนลูกบอลให้โค้งขึ้นแล้วตกลงมาที่กึ่งกลางของก้านถ้วยยาว (หรือจุดยึดลูกปืนหลัก) แล้วกระดอนกับพื้นด้านที่ใกล้กับถ้วยจับมากที่สุด หากโยนลูกบอลไกลเกินไป เป็นไปได้ว่าถ้วยจะพุ่งสูงเกินไป และจำเป็นต้องลดระดับลงโดยย่อจุดยึดของแขนกลที่สั้นลง หากไม่ได้โยนลูกบอลให้ไกลพอ ก็ต้องต่อสายจูงแบบสั้นให้ยาวขึ้น อีกวิธีในการปรับเหล่านี้คือเปลี่ยนจุดยึดแขนยาวบนแขนถ้วยหลัก (ดูข้อมูลจำเพาะ 2 ในขั้นตอนก่อนหน้า)

หากถ้วยหนึ่งขว้างลูกบอลไกลเกินไปและอีกถ้วยหนึ่งขว้างไม่ไกลพอ คุณควรแก้ไขส่วนต่างนี้ด้วยการปรับแขนกลที่ยาว (ดูข้อมูลจำเพาะ 7 ในขั้นตอนก่อนหน้า)

ในบางจุด คุณอาจต้องเพิ่มหรือลดระยะห่างระหว่างตลับลูกปืนหลักกับพื้นเพื่อเปลี่ยนเวลาการหยุดนิ่งของลูกบอล หรือเวลาที่ลูกบอลอยู่ในอากาศ นี่คือตอนที่มันกลายเป็นศิลปะจริงๆ ไม่ใช่วิทยาศาสตร์ ดังนั้นคุณต้องเล่นกับมัน

ความเร็วมอเตอร์: เครื่องของฉันทำงานได้อย่างดีที่สุดที่ประมาณ 80 รอบต่อนาที นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับการปรับอื่นๆ ด้วย ดังนั้นคุณจึงต้องหาวิธีที่จะเปลี่ยนแปลงรอบต่อนาทีของมอเตอร์ ถ้ารอบต่อนาทีเร็วเกินไป ลูกบอลจะไม่มีเวลาเข้าไปนั่งในกระเป๋าของถ้วยและมันก็กระเด้งไปมาในถ้วยแล้วก็ถูกโยนอย่างไม่แน่นอน ถ้ารอบต่อนาทีช้าเกินไป ลูกบอลจะไม่ถูกโยนไกลพอหรือถ้วยรับไม่อยู่ในตำแหน่งที่จะจับลูกบอลกระดอน

พื้นผิวกระดอน: คุณต้องมีพื้นผิวเพื่อกระเด้งลูกบอล ฉันใช้พื้นกระเบื้องเซรามิกในอพาร์ตเมนต์ของฉันเพราะลูกเหล็กกระดอนได้ดีมาก ฉันลองใช้กลองสแนร์แล้วมันไม่เด้งกลับมาสูงพอ (และมันดังมาก)

ขั้นตอนที่ 4: บันทึกย่อสุดท้าย…

ความท้าทายที่ 1: มีคนสร้างสิ่งนี้ในร้านขายเครื่องจักรโดยใช้เครื่องมือระดับมืออาชีพ ฉันมีเพียงเลื่อยเลือยตัดโลหะและสว่านมือ

ความท้าทายที่ 2: สร้างสิ่งเล็กๆ โดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพื่อใช้ลูกบอลขนาด 10 มม. คงจะเจ๋งแต่ไม่รู้ว่าคุณใช้พื้นผิวสะท้อนอะไรได้นอกจากพื้นเซรามิกหรือซีเมนต์

ความท้าทายที่ 3: ค้นหาว่าเครื่องเล่นปาหี่ดั้งเดิมของ Claude Shannon อยู่ที่ไหนและบอกพวกเราที่เหลือ ทำวิดีโอของมันในการใช้งาน อย่างน้อยที่สุดให้ถ่ายรูปรายละเอียดของเครื่องของเขาอย่างใกล้ชิด ปากของฉันรดน้ำที่โอกาส

หมายเหตุ: พบภาพด้านบนของเครื่อง Claude Shannons ซึ่งให้ความรู้เล็กน้อยแต่ไม่มีรายละเอียดเพียงพอที่จะแสดงลักษณะเฉพาะของการต่อแขนและตลับลูกปืน และชนิดของมอเตอร์ที่เขาใช้ ภาพนี้ไม่แน่ใจว่าถ่ายที่ไหน MIT, บ้านของเขา, มิชิแกน?

เหนือสิ่งอื่นใด ขอให้สนุกและขอบคุณ Claude Shannon สำหรับการแบ่งปันความสามารถของเขา!