Control remoto Paddlewheel Boat Proyecto de corte por láser con LaserMaker
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En este proyecto de robótica y mecanismo STEAM, los estudiantes diseñan y construyen un bote con rueda de paletas de control remoto utilizando LaserMaker. La lección conecta la propulsión de la rueda de paletas, la transmisión de engranajes verticales, el diseño de la estructura flotante, el ensamblaje de mortaja y espiga, las ruedas de paletas cortadas con láser, los componentes de control remoto, el cableado y las pruebas prácticas.
Este proyecto ayuda a los estudiantes a entender cómo un barco puede moverse sin una hélice. Los estudiantes exploran cómo un motor TT puede conducir un conjunto de engranajes verticales, cómo el conjunto de engranajes gira un eje de rueda de paletas y cómo las palas de paletas empujan el agua para mover el modelo hacia adelante.
1. Descripción general de la lección
| Artículo | Detalles |
|---|---|
| Proyecto | Barco de paletas con control remoto/modelo de crucero acuático |
| Software | Por LaserMaker |
| Habilidades principales | Inmediatamente después de que sus hermanos tomaron sus hermanos, George McLeod, George McLeods, George W. Aproximadamente a, la investigación y el conocimiento del desarrollo, análisis y enfoque, análisis |
| Materiales sugeridos | Tablero del tilo, tablero del KT, palillo de bambú, componentes teledirigidos 2,4G, motor del TT, 18650 baterías, tornillos, nueces, y separadores de nylon |
| Aula Fit | Proyectos de robótica y mecanismos, transmisión de engranajes, actividades de ingeniería con temas de agua, educación de fabricantes, corte por láser, estructuras de control remoto y discusiones de flotabilidad |
1,1 Objetivo del proyecto
Los estudiantes diseñarán un bote de rueda de paletas con cabina, casco, sistema de rueda de paletas, transmisión de engranajes, manguitos de eje y soporte flotante. Crearán las piezas en LaserMaker, cortarán con láser la estructura, ensamblarán los componentes mecánicos y electrónicos y probarán si las ruedas de paletas pueden mover el modelo en el agua.
1,2 Uso recomendado en el aula
Para profesores:Utilice este proyecto para conectar la transmisión de engranajes, consideraciones de impermeabilización, flotabilidad, propulsión, alineación y fabricación digital.
Para los estudiantes:Utilice la actividad para construir un pequeño bote motorizado mientras aprende cómo las palas de paletas giratorias pueden empujar el agua y crear movimiento.
Para makerspaces:Úselo como un proyecto avanzado de mecanismo de control remoto que combina estructuras cortadas con láser, engranajes, ruedas de paletas, cableado y pruebas de agua.
2. Objetivos de aprendizaje
2,1 Lo que aprenden los estudiantes
Analice cómo un barco con rueda de paletas difiere de un barco impulsado por hélice.
Utilice una transmisión vertical de engranajes para mantener el motor más alejado de la superficie del agua mientras sigue accionando el eje de la rueda de paletas.
Cree una cabina, casco, cubierta, discos de rueda de paletas, palas de paletas, clips y manguitos de eje en LaserMaker.
Aplique Union, Difference, guías de alineación, generación de engranajes, matrices circulares y matrices rectangulares para construir piezas cortadas con láser precisas.
Montar la estructura mecánica, conectar el circuito de control remoto, y probar el barco de rueda de paletas con cuidado en el agua.
2,2 Habilidades de STEAM desarrolladas
Design thinking:Convierta un bote de rueda de paletas real en un modelo a escala de aula con una cabina, casco, ruedas de paletas y soporte flotante.
Pensamiento Computacional:Utilice parámetros de engranaje, alineación de eje, posiciones de agujero de eje, configuración de matriz y cotas de pieza para crear un modelo digital preciso.
Pensamiento de ingeniería:Considere la altura del motor, el engrane del engranaje, la alineación del eje, la holgura de la rueda de paletas, la flotabilidad, la fricción, el ajuste de la junta y el movimiento estable en el agua.
2,3 Fabricación responsable
Los estudiantes deben probar el barco solo bajo la guía del maestro o supervisor de laboratorio. Mantenga los componentes electrónicos lo más secos posible, verifique el cableado antes del lanzamiento y retire el modelo del agua inmediatamente si la estructura se vuelve inestable o los componentes electrónicos están expuestos.
Contexto del mundo real: cómo se mueve un barco de rueda de paletas
Un barco de rueda de paletas se mueve de manera diferente a un barco convencional de hélice. En lugar de usar una hélice, tiene dispositivos de rueda de paletas con palas de paletas en los lados del casco. Cuando el motor impulsa las ruedas de paletas, las cuchillas agitan el agua y empujan el bote hacia adelante.
En esta lección, los estudiantes estudian un bote real con rueda de paletas y luego crean un modelo de crucero acuático con control remoto. Debido a que el modelo opera cerca del agua, el diseño utiliza una transmisión de engranajes vertical para mantener el motor más alejado de la superficie del agua mientras sigue transfiriendo el movimiento al eje de la rueda de paletas.




4 Planificación de materiales y piezas
4,1 Lista de materiales
Antes de modelar el bote con rueda de paletas, los estudiantes deben identificar los componentes del control remoto, los materiales estructurales, el material de soporte flotante, el material del eje y el hardware utilizado en el proyecto.
| Número | Nombre | Cantidad |
|---|---|---|
| 1 | 2,4G Control remoto | 1 |
| 2 | 2,4G Receptor | 1 |
| 3 | Motor del TT | 1 |
| 4 | 18650 Batería | 2 |
| 5 | 18650 titular de la batería | 1 |
| 6 | Tablero de Basswood, 40 cm × 60 cm × 3mm | 1 |
| 7 | Tornillos, tuercas y separadores de nylon M3/M4 | Varios |
| 8 | Tablero KT, 40 cm × 60 cm × 3mm | 1 |
| 9 | Palo de bambú, 4mm de diámetro, aproximadamente 200mm de largo | 1 |

4,2 Lista de piezas estructurales
La estructura de corte por láser se divide en cuatro grupos principales: la cabina, el casco, la rueda de paletas y las mangas del eje.
| Parte No. | Nombre de pieza | Cantidad | Función |
|---|---|---|---|
| 1 | Cabina | 1 | Alberga el conjunto de engranajes, el motor y la placa receptora |
| 2 | Casco | 1 | Apoya la cabina y flota en el agua |
| 3 | Paddlewheel | 1 set | Impulsado por el conjunto de engranajes para impulsar el barco a través de la rotación de paletas |
| 4 | Manga del eje | 10 | Límites y posiciones del eje del engranaje y del eje de la rueda de paletas |
5. procedimiento de la lección
5,1 Diseñar el ensamblaje del engranaje
La cabina contiene el conjunto de engranajes, el motor y la placa receptora. Para evitar un desajuste entre el sistema de engranajes y las dimensiones de la cabina, los estudiantes deben diseñar primero el ensamblaje del engranaje y luego ajustar la cabina a su alrededor.
En este modelo, un engranaje está montado en el eje del motor TT como engranaje del conductor. Otro engranaje está montado en el eje de transmisión de rueda de paletas como el engranaje accionado. Los dos engranajes se engranan verticalmente para que el motor pueda transferir movimiento al eje de la rueda de paletas.

Utilice la herramienta Modular Gear en LaserMaker. En el flujo de trabajo de origen, el módulo se establece en 4, el diámetro del eje se establece en 4mm y el número de dientes se establece en 16. Después de confirmar los ajustes, se generan dos engranajes del mismo tamaño.

Un engranaje se conecta al motor TT, por lo que el orificio central predeterminado debe reemplazarse. Elimine el agujero del eje N20 en el engranaje izquierdo, luego elija el gráfico TT Hole de Mechanical Parts y colocarlo en el centro del engranaje.


5,2 Generar y modificar la cabina
La cabina es una estructura de caja que sostiene el mecanismo de transmisión y la placa de circuito. Utilice la herramienta Caja rectangular en LaserMaker. En el flujo de trabajo de origen, la longitud, el ancho y la altura de la caja se establecen en 100mm, 80mm y 80mm, y el tamaño de ranura en 20mm.

Después de generar el cuadro, mueva las etiquetas de solicitud a las seis caras correctas. A continuación, añada el gráfico 2,0 Control Board al centro del panel izquierdo y añada el gráfico TT Motor al panel superior.



El conjunto de engranajes requiere una alineación precisa. El orificio del eje del motor, el orificio del eje del panel frontal y el orificio del eje del panel trasero deben alinearse para que los engranajes puedan engranar correctamente y el eje de la rueda de paletas pueda pasar a través de la cabina.

Mueva los gráficos de engranajes completados a los paneles delantero y trasero como referencias de alineación. Ajuste sus posiciones para que los agujeros del eje estén alineados. Los contornos de los engranajes se pueden usar como guías temporales y luego se pueden retirar más tarde.



Mueva y voltee el gráfico del motor TT según sea necesario para que su orificio del eje se alinee con los centros de los engranajes. Use líneas de guía verticales para verificar que el orificio del eje del motor TT y los orificios del eje del panel delantero y trasero estén en el mismo eje.





Una vez completada la alineación, elimine los contornos de engranaje temporales y mantenga sólo los agujeros del eje. Desagrupe el gráfico del motor TT y elimine los contornos innecesarios del motor al tiempo que conserva la información requerida de montaje y orificio del eje.


5,3 Crear características de mortaja y espiga de cabina a cubierta
La cabina está instalada en la cubierta con juntas de mortaja y espiga. El panel inferior se modifica para que solo quede la interfaz de mortaja. En el flujo de trabajo de origen, el panel inferior se mide como 106,4mm por 86,4mm.

Debido a que el panel tiene tenones de 3mm en los lados horizontal y vertical, restar 6mm de la anchura y la altura da el tamaño del rectángulo interno. Dibuje un rectángulo con un ancho de 99,61mm y una altura de 79,52mm, alinearlo con el centro del panel inferior y utilizar Diferencia para crear la estructura de embutir.






Para un ajuste más ajustado, las espiga coincidentes se pueden ajustar manualmente. El flujo de trabajo fuente señala que para una mortaja de 20mm por 3mm, una espiga de 20,6mm por 3mm puede ayudar a mejorar el ajuste cuando se considera la compensación láser.
Punta de ajuste:Cuando los estudiantes diseñan las características de mortaja y espiga manualmente, primero deben probar el ajuste en el material de desecho. El corte láser y el comportamiento del material pueden afectar qué tan apretada o floja se siente la articulación final.
Copie dos mortaja horizontales, cambie su tamaño a 20,6mm de ancho y 6mm de alto, alinearlos con el borde del panel, y utilizar Unión para convertir el área de mortaja original en espigones. Repita el proceso para las juntas del panel trasero, izquierdo, derecho e inferior.







5,4 Dibujar el Gunwale y cubierta flotante
La gunwale soporta la cabina de arriba y se conecta a la tabla KT de abajo para que el barco pueda flotar. Debido a que las ruedas de paletas se colocan en ambos lados, la gunwale está diseñada como una forma de "I" con extremos más anchos y un centro más estrecho.
Usa la herramienta Rectángulo para dibujar un rectángulo grande de 100mm de ancho y 280mm de alto, luego dibuja dos rectángulos más pequeños de 160mm de ancho y 50mm de alto. Alinee los rectángulos más pequeños en la parte superior e inferior del rectángulo más grande.



Para unir el tablero KT sin perforarlo con tornillos, el diseño utiliza un sistema de clip. Las mortadeles coincidentes se colocan en el tablero de gunwale y KT, luego los clips en forma de U los conectan.

Dibuja cuatro rectángulos de embutir de 10mm por 3mm en la gunwale en forma de I. Utilice la colocación simétrica y las líneas de guía para mantener los agujeros alineados, a continuación, utilice Diferencia para crear las mortadelas.




A continuación, dibuja los clips en forma de U. Comienza con un rectángulo de 20mm por 20mm y coloca un rectángulo de 10mm por 9mm en el lado izquierdo. Alinee los rectángulos y, a continuación, utilice Diferencia para crear la forma de clip. Utilice la matriz rectangular para generar cuatro clips idénticos.





Utilice líneas de guía para encontrar el centro del barco. Gire el gráfico de la cabina 90 grados y colocarlo cerca de la cubierta para que las espiga de la cabina, las mortajas de la cubierta y los orificios del eje de la rueda de paletas se puedan alinear alrededor de la línea central.








5,5 Dibuje los discos giratorios de Paddlewheel
La rueda de paletas es el dispositivo de propulsión del modelo. Cada lado del barco tiene una rueda de paletas. Para hacer la estructura más fuerte, cada rueda de paletas utiliza dos discos giratorios y cuatro cuchillas de paletas conectadas con juntas de mortaja y espiga.

Coloque los dos engranajes cerca de un lado de la cubierta para comprobar la alineación del eje. Luego dibuje un círculo de 100mm con un orificio central de 4mm para el disco giratorio y alinearlo con la línea central del eje de la cabina y la cubierta.


Dibuja un rectángulo de 3mm por 8mm sobre el círculo para crear una mortaja de pala. Ajústelo de modo que se interseque con el contorno del disco y, a continuación, utilice Circular Array para crear cuatro mortadles alrededor del disco con un ángulo de paso de 90 grados. Utilice Diferencia para cortar las mortadles.






5,6 Dibujar las cuchillas de la paleta
Las palas de pala están unidas ortogonalmente a los discos giratorios. Cuando el motor TT impulsa los discos, las cuchillas agitan el agua y ayudan a mover el barco hacia adelante o hacia atrás.

Dibuja una hoja de paleta como un rectángulo de 40mm por 50mm. Añade dos rectángulos de embutir de 3mm por 8mm, usa Diferencia para crear las ranuras y redondea las dos esquinas inferiores con un radio de 10mm. A continuación, utilice Matriz rectangular para crear ocho palas de paleta.






5,7 Dibuje las mangas del eje
Los manguitos del eje ayudan a mantener los discos giratorios y los engranajes en su posición. Para el eje de la rueda de paletas, el flujo de trabajo de origen utiliza un diámetro exterior de 15mm y un diámetro interior de 3,7mm para un ajuste más ajustado alrededor del palo de bambú de 4mm.

Dibuje manguitos de eje en forma de anillo para la rueda de paletas y dibuje manguitos de eje adicionales para los dos engranajes. Los manguitos relacionados con el engranaje mantienen el mismo diámetro exterior de 15mm, mientras que los orificios centrales coinciden con el orificio del eje del motor TT o el orificio del eje redondo de 3,7mm.



6. Procesamiento láser
Después de completar los dibujos, verifique los ajustes de velocidad y potencia para trazado y corte. Utilice Simular fabricación para revisar la secuencia del proceso antes de enviar el archivo al cortador láser.

7. cableado y montaje
7,1 Circuito de cableado
Después de ensamblar el modelo de crucero de agua, conecte el circuito de acuerdo con el diagrama de cableado. El control remoto, el receptor, el soporte de la batería, las baterías y el motor TT trabajan juntos para alimentar el sistema de rueda de paletas.

7,2 Asamblea estructural
Comience montando la placa del receptor y el motor TT en el casco con tornillos y tuercas M3. Instale el engranaje compatible con TT y el manguito del eje correspondiente en el eje del motor TT.
A continuación, instale el engranaje de orificio redondo, la manga del engranaje, el palo de bambú de 4mm y los dos paneles laterales perforados de la cabina. Pase el palo a través del panel, el engranaje, la manga del engranaje y el panel opuesto en secuencia.

Conecte el panel con la placa receptora y el motor TT a la estructura del eje. Agregue los manguitos del eje de la rueda de paletas y el panel restante del casco. Pase la batería a través del agujero preestablecido del panel desde el interior del casco, luego conecte el motor TT y los cables de alimentación a las interfaces de la placa del receptor.

Montar las ruedas insertando cuatro palas de paletas en las muescas de dos discos giratorios. Repita el proceso para la segunda rueda de paletas. Coloque los clips de rueda de paletas y ruedas de paletas en el palo de bambú expuesto en ambos lados del casco. Ajuste los manguitos del eje para optimizar la alineación de la rueda de paletas.



Finalmente, prepare las partes de la cubierta y el tablero de KT. Coloque la cubierta en el tablero de KT y marque las posiciones de la muesca y las aberturas laterales. Corte el exceso de material del tablero del KT, después utilice los clips de la cubierta para conectar la cubierta y el tablero del KT. Fijar el conjunto de la cubierta a la sección completa del casco con las juntas de mortaja y espiga.

8.-Probar, depurar y mejorar
Compruebe si la transmisión de engranajes vertical gira suavemente antes de lanzar el modelo.
Confirme que las ruedas de paletas no rozan contra la cubierta, el casco o las mangas del eje.
Pruebe si el tablero KT proporciona suficiente flotabilidad para la estructura ensamblada.
Inspeccione las posiciones de la batería, el receptor y el motor para reducir la exposición al agua durante la prueba.
Observe si las paletas empujan el agua de manera efectiva y si el bote se mueve en la dirección deseada.
9. Proyecto terminado y reflexión
Después del diseño, corte por láser, cableado, montaje y pruebas de agua, los estudiantes completan un modelo de barco de rueda de paletas de control remoto. El proyecto brinda a los estudiantes experiencia práctica con transmisión de engranajes verticales, propulsión de rueda de paletas, soporte de flotabilidad, alineación de ejes, construcción de mortaja y espiga y fabricación digital.

10. Desafío de extensión
En este proyecto, el barco de rueda de paletas utiliza ruedas de paletas en ambos lados y un sistema de transmisión impulsado por motor. Como desafío de extensión, los estudiantes pueden probar un diseño de propulsión diferente, como usar una sola rueda de paletas en la popa del barco.
Los estudiantes también pueden comparar cómo el tamaño de la paleta, el número de paletas, la alineación del eje, el ajuste del engranaje y el material flotante afectan el movimiento y la estabilidad del modelo.
11. Nota de equipo para maestros
Este proyecto es adecuado para cortadoras láser en el aula que soportan el corte de materiales laminares para pequeños proyectos de robótica y mecanismos. Para las escuelas, los espacios de fabricación y los laboratorios STEAM para principiantes, los proyectos como botes con ruedas de paletas, modelos de transmisión de engranajes, estructuras de control remoto y actividades de ingeniería con temas de agua 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 según el espacio del aula, el tamaño del proyecto, el grosor del material, los componentes electrónicos y el entorno de prueba. El mismo flujo de trabajo de LaserMaker también se puede adaptar para otras máquinas láser de CO2 cuando los estudiantes pasan a barcos más grandes o proyectos de mecanismos más avanzados.
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