Projet de découpe laser de voiture de collecteur de télécommande avec LaserMaker

Dans ce projet de robotique et de mécanisme STEAM, les étudiants transforment un corps de véhicule télécommandé de base en une voiture de collection à l'aide de LaserMaker. La leçon relie la modification du châssis du robot, le montage du moteur TT, la conception du support à mortaise et à tenon, la modélisation du crochet en forme de bois, les courbes B-spline, l'édition de nœuds, le câblage, la découpe laser et l'assemblage pratique.

1. Aperçu de la leçon

1.1 Objectif du projet

Les élèves conçoivent un mécanisme de collecteur pour un véhicule télécommandé. Ils créeront un support moteur, une goupille de verrouillage de support, des bois orientés vers l'avant, un bois horizontal et un panneau de toit de châssis modifié avec des mortaises de support moteur et un trou de câblage. Après la découpe au laser, ils assembleront le mécanisme et testeront si le crochet en bois peut collecter des objets cibles.

1.2 Utilisation recommandée en classe

2. Objectifs d'apprentissage

2.1 Ce que les élèves apprendront

2.2 Compétences VAPEUR Développées

2.3 Faire responsable

Les étudiants devraient tester les accessoires de véhicules motorisés sous la direction de l'enseignant ou du superviseur de laboratoire. Gardez les mains, les fils lâches et les petites pièces loin du crochet rotatif et du véhicule en mouvement pendant le fonctionnement.

3. Contexte du monde réel: du châssis de base à la voiture de collection

De nombreux robots utilisent le même châssis mobile avec des pièces jointes de tâches différentes. Un véhicule de base peut devenir un collecteur, un dumper, une grue ou un autre robot basé sur des tâches en changeant le mécanisme monté sur le dessus.

Dans cette leçon, la voiture de collection est conçue pour rassembler des pierres d'énergie en forme de cube creux. Un moteur TT fait tourner un crochet en forme de bois pour que le véhicule puisse se verrouiller sur les pierres pendant le mouvement.

4. Planification des matériaux et des pièces

4.1 Liste des matériaux

Le châssis de base est réutilisé à partir du précédent projet de carrosserie du véhicule. Le nouveau travail découpé au laser se concentre principalement sur le support moteur, les broches, les pièces en bois et le panneau de toit du châssis modifié.

4.2 Liste des pièces structurelles

La voiture de collection est organisée en quatre groupes fonctionnels principaux.

5. Lesson Procedure

5.1 Dessiner le support du moteur

Le mécanisme de collecte utilise un moteur TT comme source d'alimentation, de sorte que la première tâche consiste à concevoir un support capable de maintenir le moteur en toute sécurité sur le panneau de toit du châssis.

Ouvrez LaserMaker, sélectionnez le graphique TT Motor dans la bibliothèque Open-Source Robotics et faites-le glisser sur le canevas. Regroupez le graphique du moteur et vérifiez sa taille. Dans le flux de travail source, le graphique du moteur TT a une largeur de 70,13mm et une hauteur de 22,30mm, de sorte que le corps du support moteur est réglé sur 72mm de large et 22,30mm de haut pour le dégagement.

Dessinez un rectangle de 72mm sur 22,30mm pour le corps principal du support moteur. Alignez au centre le graphique du moteur TT avec ce rectangle afin que les positions de montage correspondent au moteur.

Pour fixer le support au châssis, ajoutez un tenon et une fente à tenon traversant. Dessinez un rectangle de 40mm sur 9mm pour le tenon du support, alignez-le avec le bord inférieur du corps du support et centrez-le verticalement.

Dessinez un rectangle de 20mm sur 3mm comme mortaise à tenon traversant. Centre-alignez-le à l'intérieur du tenon de support. Sélectionnez ensuite le corps du support et le tenon et utilisez Union pour les fusionner dans la forme du support du moteur.

Pour améliorer l'efficacité et l'apparence de coupe, dégroupez le graphique moteur TT et ne conservez que les informations de montage requises. Supprimez les contours, les trous et les cercles redondants. Puisque la conception du support utilise deux pièces, dupliquez le support.

5.2 Dessiner les goupilles de verrouillage du support

Le support moteur utilise un tenon traversant et une goupille pour verrouiller le support sur le châssis. La tête de goupille doit être légèrement plus grande que la mortaise. Dans le flux de travail source, la largeur de tête de broche est définie sur 20,4mm.

Dessinez un rectangle de 20,4mm par 6mm pour la tête de broche et un rectangle de 30mm par 6mm pour la poignée de la broche. Alignez la poignée sous la tête de la broche et centrez-les horizontalement. Appliquez un coin arrondi de 2mm sur la tête de la broche pour faciliter son insertion.

Pour réduire l'étanchéité, ajoutez trois fentes verticales à la tête de la broche. Utilisez l'outil Ligne pour dessiner une ligne verticale de 6mm, puis utilisez un tableau rectangulaire avec 3 lignes horizontales et un espacement de 8mm. Alignez les lignes de fente sur la tête de broche, fusionnez la tête de broche et la poignée avec Union, et dupliquez la broche finie pour qu'il y ait deux broches.

5.3 Dessiner les bois faisant face à l'avant

Le crochet en forme de bois de cerf est conçu pour attraper les pierres d'énergie. Le bois orienté vers l'avant comprend une poignée avec un trou d'arbre de moteur TT et une forme de bois courbé.

Activez l'outil Grille. Dessinez un rectangle de 90mm sur 20mm pour le manche en bois de cerf. Dans la section Robot Open-Source, sélectionnez le graphique TT Motor Hole et placez-le sur le côté gauche du rectangle, en l'alignant verticalement.

Utilisez l'outil B-Spline pour dessiner le bois courbé en forme de main. Cliquez sur des points sur le canevas pour créer la forme approximative, puis fermez la courbe. Utilisez Modifier les nœuds pour ajuster les positions des nœuds et les tangentes jusqu'à ce que la courbe soit plus lisse.

Désactivez l'outil Grille. Sélectionnez le rectangle de la poignée et la forme de bois courbé, puis utilisez Union pour les fusionner. Appliquez un coin arrondi de 10mm aux deux coins du côté gauche afin que le bois soit moins susceptible de frapper le châssis de base pendant la rotation.

5.4 Dessiner le bois horizontal

Un seul bois orienté vers l'avant peut accrocher la pierre énergétique, mais il peut ne pas fournir assez de stabilité. L'ajout d'un bois horizontal entre les deux bois orientés vers l'avant améliore la structure, aide à empêcher la pierre de tomber vers le moteur et maintient l'action de collecte plus fiable.

Utilisez l'outil B-Spline pour dessiner une forme de bois, puis utilisez Modifier les nœuds pour lisser la courbe. Dans le flux de travail source, le bois est défini sur 64mm de large et 31mm de haut. Dupliquez-le, alignez la copie horizontalement avec l'original et utilisez Union pour fusionner les deux formes en un seul bois horizontal.

5.5 Ajouter des caractéristiques Cross-Tenon aux bois

Pour stabiliser la structure en bois, ajoutez des éléments en tenon croisé afin que les bois orientés vers l'avant et les bois horizontaux puissent s'emboîter.

Dessinez un rectangle de 2,85mm sur 10mm comme une mortaise. Utilisez le tableau rectangulaire avec 2 copies horizontales et un espacement horizontal de 25,5mm pour créer deux mortaises pour le bois horizontal. Déplacez-les dans les positions appropriées, alignez-les et utilisez Différence pour créer les mortaises.

Dessinez un rectangle de 2,85mm sur 10mm sur l'antler orienté vers l'avant et utilisez Différence pour créer la mortaise correspondante. Dupliquer le bois fini orienté vers l'avant de sorte que la structure finale comprenne deux bois orientés vers l'avant et un bois horizontal.

5.6 Modifier le panneau de toit du châssis de base

Le nouveau support de moteur doit être monté sur le panneau de toit du châssis de base, de sorte que les étudiants doivent ajouter des mortaises de support et un trou de câblage au panneau de toit.

Le tenon du support moteur a une largeur de 40mm et une hauteur de 9mm. Comme le contreplaqué de tilleul a une épaisseur de 3mm, dessinez un rectangle de 40mm sur 3mm pour la mortaise correspondante. L'épaisseur du moteur TT étant de 19,5mm, utilisez une matrice rectangulaire pour créer la paire de mortaises correspondante.

Faites pivoter les mortaises de 90 degrés et placez-les près du bord supérieur du panneau de toit. Centre-les aligner verticalement, puis augmenter la coordonnée Y de 15mm pour déplacer les mortaises vers le bas dans la position finale.

Parce que le moteur TT à entraînement de bois se trouve au-dessus du châssis, ajoutez un trou de câblage pour que le moteur puisse se connecter à la carte de commande OSROBOT. Dessinez un rectangle de 8mm sur 6mm et alignez-le au centre sur le panneau supérieur.

Une fois que les supports de moteur, les broches, les bois et le panneau de toit modifié sont terminés, organisez la disposition finale pour le traitement au laser.

6. traitement de laser

6.1 Définir les paramètres de contour et de coupe

Après avoir terminé le dessin, définissez les paramètres de traitement laser. Le flux de travail source utilise le tracé pour les objets de couche rouge et le découpage pour les objets de couche noire.

6.2 Démarrer la fabrication

Allumez la machine de découpe laser et l'interrupteur laser. Lorsque le bouton Démarrer la fabrication est prêt, téléchargez le dessin sur la machine de découpe laser et commencez à découper à partir du panneau de la machine.

7. Câblage et assemblage

Après la découpe au laser, identifiez les nouvelles pièces du mécanisme avant l'assemblage.

7.1 Câblage du circuit

Pour que le véhicule collecteur fonctionne correctement, connectez le moteur TT qui entraîne la rotation du bois au tableau de commande conformément au schéma de câblage.

7.2 Assemblage structurel

Tout d'abord, localisez le nouveau panneau de toit du châssis de base et les pièces du support du moteur. Assemblez le moteur TT et le support moteur, installez le support moteur sur le panneau de toit et fixez le support avec une goupille.

Retirez le panneau de toit de châssis de base d'origine, connectez le moteur TT à la carte de commande et installez le nouveau panneau de toit. Localisez ensuite les parties du bois, attachez le bois vertical au moteur TT et fixez le bois horizontal sur le bois vertical.

8. Tester, déboguer et améliorer

9. Projet terminé et réflexion

Après la conception, le traitement laser, le câblage et l'assemblage, les étudiants complètent une voiture collector télécommandée. Le projet donne aux étudiants une expérience pratique de la modification du châssis du robot, des accessoires motorisés, du dessin B-spline, de l'édition de nœuds, du montage à mortaise et à tenon et de la conception de mécanismes fonctionnels.

10. Le défi de l'extension

La voiture collector utilise un simple crochet rotatif en bois pour collecter des pierres énergétiques. Comme défi d'extension, les élèves peuvent redessiner la forme du crochet, modifier l'angle du bois, ajuster la vitesse du moteur ou créer un outil de collecte différent pour un autre type d'objet.

Les élèves peuvent également comparer comment différentes formes de crochet affectent le succès de la collection, la stabilité et la facilité de libération de l'objet après qu'il a été collecté.

11. Note d'équipement pour les enseignants

Ce projet convient aux coupeurs de laser de salle de classe qui soutiennent la coupe et le découpage des matériaux de feuille pour de petits projets de robotique et de mécanisme. Pour les écoles, les makerspaces et les laboratoires STEAM pour débutants, des projets tels que les voitures de collection, les accessoires de robots, les supports de moteur et les mises à niveau du mécanisme découpé au laser peuvent être complétés par un cutter laser en classe tel que leSérie de boulons laser Thunder.

Les enseignants peuvent choisir la machine et la configuration du matériel en fonction de l'espace en classe, de l'épaisseur du matériau, des composants électroniques, du dégagement des pièces mobiles et des objectifs d'apprentissage. Le même flux de travail LaserMaker peut également être adapté à d'autres machines laser CO2 lorsque les élèves passent à des accessoires de robots plus avancés ou à des véhicules de compétition basés sur des tâches.