Proyecto de corte láser Happy Ferris Wheel de control remoto con LaserMaker

En este proyecto de robótica y mecanismo STEAM, los estudiantes diseñan y construyen una rueda de la fortuna con control remoto utilizando LaserMaker. La lección conecta observación de atracciones, estructuras cortadas con láser, reducción de engranajes, diseño de cabina, soporte de soporte, control de motor TT, cableado y ensamblaje práctico.

1. Descripción general de la lección

1,1 Objetivo del proyecto

Los estudiantes diseñarán una rueda de la fortuna con cabinas, ruedas, un conjunto de engranajes de reducción, soportes de apoyo y una base. Prepararán las piezas cortadas con láser en LaserMaker, establecerán procesos de trazado y corte, ensamblarán la estructura mecánica, conectarán los componentes electrónicos y probarán si la rueda gira suavemente.

1,2 Uso recomendado en el aula

2. Objetivos de aprendizaje

2,1 Lo que aprenden los estudiantes

2,2 Habilidades de STEAM desarrolladas

2,3 Fabricación responsable

Los estudiantes deben probar las piezas accionadas y rotativas cuidadosamente bajo la guía del maestro o supervisor de laboratorio. Mantenga los dedos, los cables sueltos y las piezas pequeñas lejos de los engranajes, los ejes y la rueda giratoria durante la prueba.

Contexto del mundo real: cómo funciona una rueda de la fortuna

Una rueda de la fortuna es un gran paseo de diversión en forma de rueda con cabinas de pasajeros colgando alrededor del borde exterior. A medida que la rueda gira lentamente, las cabinas se mueven a diferentes alturas y permiten a los pasajeros ver los alrededores.

En este proyecto, los estudiantes crean una rueda de la fortuna simplificada. La rueda giratoria lleva cuatro cabinas, el soporte soporta la rueda, la base sostiene la estructura y el conjunto de engranajes ayuda a reducir la velocidad de la rueda para un movimiento más suave.

4 Planificación de materiales y piezas

4,1 Lista de equipos

Antes de modelar la rueda de la fortuna, los estudiantes deben identificar los componentes electrónicos, los materiales estructurales, el material del eje y el hardware utilizado en el proyecto.

4,2 Lista de piezas estructurales

La estructura de la rueda de la fortuna está organizada en cinco grupos principales: cabinas, ruedas, conjunto de engranajes de reducción, soportes y chasis.

5. procedimiento de la lección

5,1 Dibujar el Bracket

El soporte es una pieza clave de soporte para la rueda de la fortuna. En el flujo de trabajo de origen, el soporte utiliza una estructura triangular y el tamaño del motor TT ayuda a determinar su escala.

Abra LaserMaker, elija el gráfico TT Motor de Open Source Robotics Hardware en la Galería, arrástrelo al lienzo, compruebe su tamaño y agrupe los gráficos del motor para que puedan moverse como un objeto.

Seleccione el gráfico del motor TT y góntelo 270 grados.

Arrastre un triángulo desde Gráficos básicos y, a continuación, ajústelo a unos 140mm de ancho y 121,24mm de alto. Utilice la herramienta de esquina redondeada con un radio de esquina de 4mm, coloque el motor TT en el soporte y utilice la alineación central horizontal para alinear las dos partes.

Utilice la herramienta Rectángulo para dibujar un rectángulo de 40mm por 3mm como tenón de soporte. Alinee el rectángulo con el borde inferior del triángulo, céntelo horizontalmente, luego use la herramienta Unión para fusionarlo con el triángulo y crear el prototipo de corchete.

5,2 Dibujar el conjunto de engranajes de reducción

Una rueda de la fortuna generalmente gira lentamente para una experiencia cómoda. En este proyecto, los estudiantes reducen la velocidad de la rueda combinando el motor con un conjunto de engranajes de reducción.

Utilice la herramienta de medición de distancia para medir la distancia desde el centro del eje del motor TT hasta la parte superior del soporte. En el flujo de trabajo de origen, la distancia medida es de 59,62mm, pero el valor real depende de la posición final del motor.

La rueda y el eje del engranaje utilizan una varilla de madera de 4mm. Debido a que el eje no debe sentarse demasiado cerca del borde superior del soporte, la distancia del centro del engranaje debe ser inferior a 50mm en este diseño.

Abra la herramienta Artefacto y elija Modulus Gear. En el flujo de trabajo de origen, el módulo se establece en 2. El engranaje 1 utiliza un diámetro de rodamiento de 3mm y 12 dientes. El engranaje 2 utiliza un diámetro de rodamiento de 4mm y 36 dientes. La distancia al centro se confirma automáticamente como 48mm.

Debido a que el eje del motor TT no coincide con el orificio predeterminado en forma de D del engranaje pequeño, elimine el orificio en forma de D en el engranaje 1 y reemplácelo con el gráfico Agujero del motor TT de la Galería. Alinearlo con el centro del engranaje. Para reducir el atasco de engranajes causado por el mallado apretado, el flujo de trabajo de origen mueve el engranaje 1 a la izquierda 1mm.

Seleccione los dos engranajes, gírelos 270 grados y agruparlos. Arrastre el conjunto de engranajes en el soporte para que el orificio TT en el engranaje se superponga al orificio TT en el soporte. El agujero del engranaje 2 también se puede utilizar como el agujero del eje de 4mm en el soporte.

Copiar las formas de corchetes finales. Un soporte puede incluir etiquetado de texto rojo, mientras que el otro soporte mantiene el contorno del soporte, los gráficos del motor TT y el orificio del eje necesarios para la planificación del ensamblaje.

5,3 Dibuja la rueda

La rueda es la parte giratoria del núcleo de la rueda de la fortuna. Lleva los agujeros del eje de la cabina y gira alrededor del eje principal.

Antes de dibujar la rueda y las cabinas, mida la distancia desde el centro del eje de la rueda hasta el borde inferior del soporte. Utilice una línea auxiliar para apoyar la medición. En el flujo de trabajo de origen, esta distancia es de 106,62mm.

En función de la holgura medida, el flujo de trabajo de origen establece el radio de la rueda en 70mm, lo que da un diámetro de rueda de 140mm.

Utilice la herramienta Elipse para dibujar un círculo de 140mm. A continuación, utilice Curva de desfase con un desfase interior de 20mm para crear un conjunto de círculos concéntricos.

Utilice la herramienta Rectángulo para dibujar un rectángulo de 130mm por 10mm. Cópialo, gira la copia 90 grados, alinea los dos rectángulos al centro y fusiónalos para crear un contorno interior en forma de cruz.

Centro-alinee la forma de la cruz con los círculos concéntricos. Utilice Conjunto de diferencias para crear el prototipo de la rueda y, a continuación, establezca sus coordenadas en 300.100 en el flujo de trabajo de origen.

Dibuje un círculo de 4mm de diámetro como orificio del eje de la cabina, púlselo cerca del borde superior de la rueda y utilice Ring Array para crear cuatro orificios. En el flujo de trabajo de origen, el ángulo inicial es 0 °, el ángulo de paso es 90 °, el número de copias es 4 y el punto central es 300.100. Agrupe los gráficos de rueda terminados.

Arrastre la rueda de modo que su centro se alinee con el agujero del eje del soporte. Debido a que el soporte y la rueda usan una varilla de madera de 4mm, el orificio del eje del soporte de 4mm puede alinearse con la posición del eje de la rueda.

5,4 Dibujar la cabina

Mida la distancia desde el agujero más bajo de la cabina en la rueda a la base. En el flujo de trabajo de origen, esta distancia es de 41,47mm, por lo que los estudiantes deben verificar cuidadosamente la altura de la cabina para evitar colisiones durante la rotación.

Para el lado de la cabina, arrastre un triángulo desde Basic Graphics y defina 30mm de ancho y 48mm de alto en el flujo de trabajo de origen. Redondeo de las tres esquinas con un radio de 4mm. Dibuje un círculo de 4mm de diámetro como orificio del eje y dibuje dos rectángulos de 10mm por 3mm como ranuras de conexión del techo y la base.

Para el techo de la cabina, dibuja un rectángulo de 14mm por 24mm y dos rectángulos espiga de 10,1mm por 3mm. Alinee y fusione los tres rectángulos para formar el techo. Para la base de la cabina, dibuje un rectángulo de 25mm por 24mm y use el mismo flujo de trabajo de espiga.

Agrupe los gráficos del lado de la cabina y alinee el orificio del eje de la cabina con el orificio del eje de la cabina de la rueda. Confirme que la cabina no toque el fondo cuando llegue al punto más bajo.

El modelo final utiliza cuatro cabinas. Cada cabina incluye dos lados de cabina, un techo y una base. Por lo tanto, el conjunto final de partes de la cabina incluye ocho lados de la cabina, cuatro techos de cabina y cuatro bases de cabina.

5,5 Dibujar las juntas

Para ayudar a que la rueda de la fortuna funcione sin problemas, se agregan espaciadores entre la rueda y el soporte y entre la rueda y las cabinas. El flujo de trabajo de origen utiliza 12 espaciadores para estas posiciones, más un espaciador adicional para la conexión del eje del motor TT y el engranaje del piñón.

Utilice la herramienta Elipse para dibujar un círculo de 4mm y un círculo de 15mm. Alinee los dos círculos para crear un espaciador en forma de anillo, luego duplique para crear 12 espaciadores. Para el espaciador del eje del motor TT, dibuje un círculo de 15mm y alinearlo con un gráfico de orificio del motor TT de la Galería.

5,6 Dibujar la base

Antes de dibujar la base, determine la distancia de ranura del soporte. En el flujo de trabajo de origen, el espaciado teórico se calcula a partir del ancho de la cabina, los espaciadores, las ruedas, los engranajes y los grosores de la junta. La distancia de la ranura del soporte se establece en 53mm para permitir una rotación suave.

Dibuja un rectángulo de 39,5mm por 3mm como mortaja del bracket. Utilice Matriz rectangular con 1 copia horizontal, 2 copias verticales, espaciado vertical de 53mm y desplazamiento de 0mm para crear dos ranuras de corchete.

Planifique la plataforma base para los soportes, la batería 18650 y el tablero de control OSROBOT. En el flujo de trabajo de origen, la plataforma base se establece en 160mm por 160mm con esquinas redondeadas de 4mm. Se añaden dos ranuras de 3mm por 50mm para los soportes de la base.

Para el soporte base, dibuja un rectángulo de 160mm por 30mm y un rectángulo de espiga de 40mm por 3mm. Alinee la tenon con el borde superior del soporte base y combine las formas. Copia el soporte terminado para crear el segundo soporte base.

Después de que todas las partes estén completas, organice el diseño para el procesamiento láser.

6. Procesamiento láser

6,1 Establecer parámetros de corte y seguimiento

El dibujo de la rueda de la fortuna utiliza dos procesos principales: el trazado y el corte. Los objetos de capa roja se utilizan para trazar detalles, y los objetos de capa negra se cortan a través del material.

6,2 Comience la fabricación

Encienda la máquina de corte láser y el interruptor láser. Cuando el botón de inicio esté listo, cargue el dibujo en la máquina de corte por láser y comience a cortar desde el panel de la máquina.

7. cableado y montaje

Después del corte, identifique las piezas terminadas y prepárelas para el ensamblaje mecánico.

7,1 Circuito de cableado

Conecte el circuito de acuerdo con el diagrama de cableado para que la rueda de la fortuna pueda funcionar sin problemas con el receptor de control remoto, la batería y el motor TT.

7,2 Asamblea estructural

Primero, localiza las partes de la cabina y ensambla las cuatro cabinas.

A continuación, localice las partes de la rueda. Montar las cabinas y la rueda con varillas de madera de 4mm y espaciadores. Use pegamento de fusión en caliente en el borde de cada varilla de madera cerca de los orificios de la cabina de la rueda, mientras mantiene un pequeño espacio entre los dos discos de las ruedas y cada cabina para que la cabina pueda continuar colgando hacia abajo mientras la rueda gira.

Luego, ubique el conjunto de engranajes de reducción, el soporte, el motor TT y el hardware relacionado. Fije el motor TT al soporte con tornillos y tuercas. Instale el espaciador en el eje del motor TT, luego instale el piñón en el eje del motor.

Alinee el orificio del eje del engranaje grande con el orificio del eje de la rueda y péguelas. Use una varilla de madera de 4mm para conectar el disco de la rueda al soporte.

Localice la base, la placa receptora OSROBOT2, los postes de cobre, los tornillos, las tuercas y las piezas relacionadas. Fije los postes de cobre a la placa de control OSROBOT2, luego fije la placa de control a la base.

Asegure la batería al soporte de la base con lazos, fije el soporte de la base y fije el soporte a la base. Agregue espaciadores en ambos lados del eje de la rueda y asegure el eje con pegamento de fusión en caliente.

8.-Probar, depurar y mejorar

9. Proyecto terminado y reflexión

Después del diseño, procesamiento láser, cableado y ensamblaje, los estudiantes completan un modelo de rueda de la fortuna de control remoto. El proyecto brinda a los estudiantes experiencia práctica con la transmisión de engranajes, estructura de ruedas, cabinas suspendidas, diseño de soportes, planificación de bases, corte por láser y movimiento motorizado.

10. Desafío de extensión

El modelo de la rueda de la fortuna en esta lección logra la función básica de una estructura de atracción giratoria. Como un desafío de extensión, los estudiantes pueden aumentar el número de cabinas, explorar etapas de engranajes adicionales para reducir aún más la velocidad de rotación o rediseñar el soporte y la base para mejorar la estabilidad y la apariencia.

11. Nota de equipo para maestros

Este proyecto es adecuado para cortadores láser en el aula que admiten el corte y el rastreo de materiales laminares para pequeños proyectos de robótica y mecanismos. Para escuelas, makerspaces y laboratorios STEAM para principiantes, proyectos como ruedas de la fortuna, modelos accionados por engranajes, estructuras giratorias de parques de atracciones y mecanismos de control remoto se pueden completar con un cortador láser para el aula, como elSerie Thunder Laser Bolt.

Los maestros pueden elegir la configuración de la máquina y el material en función del espacio del aula, el tamaño del proyecto, el grosor del material, el ajuste del engranaje, los componentes electrónicos y los objetivos de aprendizaje. El mismo flujo de trabajo de LaserMaker también se puede adaptar para otras máquinas láser de CO2 cuando los estudiantes pasan a modelos móviles más grandes o proyectos de ingeniería más avanzados impulsados por engranajes.