Projet de VAPEUR de coupe de laser de grue à télécommande avec LaserMaker

Dans ce projet de robotique et de mécanisme STEAM, les étudiants transforment un châssis de véhicule télécommandé de base en une grue de travail à l'aide de LaserMaker. La leçon relie les structures de grue du monde réel, la conception du treuil, la réduction de vitesse, le support de flèche, la conception du crochet, le routage des câbles, les arbres transversaux découpés au laser, le câblage et l'assemblage pratique.

1. Aperçu de la leçon

1.1 Objectif du projet

Les étudiants concevront et construiront une structure de levage de grue qui peut être montée sur un châssis de base du véhicule. Ils créeront un treuil, un système de réduction de vitesse, une flèche, un crochet, des axes croisés, des douilles, et des parenthèses de soutien, puis laser ont coupé et assemblent les pièces pour examiner le levage et le mouvement de abaissement.

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 mécanismes de levage sous la direction d'un enseignant ou d'un superviseur de laboratoire. Éloignez les doigts, les fils lâches et les petites pièces des engrenages en rotation, des tambours de treuil, des arbres, des roues et du câble de levage pendant le fonctionnement.

3. Contexte du monde réel: comment une grue soulève des objets

Les grues sont utilisées dans les ports, les chantiers de construction, les entrepôts et autres endroits où des objets lourds doivent être soulevés, déplacés et déchargés. Une grue à roues peut se déplacer entre les emplacements, tandis qu'une grue à tour est souvent fixée en place sur un chantier de construction.

Dans ce projet, les étudiants se concentrent sur la structure de levage. Le châssis de base du véhicule gère le mouvement, tandis que le mécanisme de grue gère le levage et l'abaissement. La structure de levage comprend un treuil, une flèche et un crochet.

4. Planification des matériaux et des pièces

4.1 Liste des matériaux

Avant de modéliser la grue, les étudiants doivent identifier la base du véhicule, l'électronique, les moteurs, le matériau en feuille, les fixations, les rivets et les pièces de gestion des câbles utilisés dans le projet.

4.2 Liste des pièces structurelles

Le modèle de grue est organisé en quatre groupes fonctionnels: treuil, flèche, crochet et châssis de base.

5. Lesson Procedure

5.1 Concevoir le treuil

Le treuil commande la libération et la récupération de la corde de levage. Dans cette grue de classe, le treuil comprend une structure d'entraînement de moteur, un tambour de câble et un support fixe. Un système d'engrenage réducteur est ajouté afin que la corde de levage ne se déplace pas trop rapidement.

5.2 Dessiner les plaques de fixation du moteur

Commencez par les plaques de fixation du moteur. Dessinez un rectangle de 88mm sur 64mm. Ajoutez le graphique TT Motor à partir de la bibliothèque Open Source Robotics Hardware, regroupez-le et alignez-le sur le centre-bas du rectangle.

Ajouter un tenon de 30mm par 3mm au bas de la plaque de fixation du moteur afin qu'il puisse être installé sur le châssis de base. Utilisez Union pour fusionner le tenon avec la plaque de fixation.

5.3 Créer le réducteur

Utilisez la fonction Modular Gear de LaserMaker pour créer un petit et un grand engrenage. Dans le flux de travail source, le petit engrenage utilise 8 dents, le grand engrenage utilise 18 dents et le module d'engrenage est réglé sur 2. le petit engrenage se connecte à l'arbre du moteur et le grand engrenage se connecte au tambour de câble.

Remplacez le trou central par défaut du petit engrenage par un trou d'arbre de moteur TT. Pour le grand engrenage, créez un trou d'arbre en forme de croix en dessinant deux rectangles de 2,7mm sur 8mm, en tournant un de 90 degrés, en les alignant et en les fusionnant avec Union.

Tournez le jeu d'engrenages de sorte que le petit engrenage se trouve en dessous du grand engrenage. Alignez le petit engrenage avec le trou de l'arbre du moteur TT sur la plaque de fixation du moteur. Dessinez ensuite un trou de dégagement circulaire de 8,6mm sur la plaque de fixation autour de la position de l'arbre transversal.

5.4 Ajouter des mortaises et des trous de connexion de flèche

La plaque de fixation du moteur doit également être connectée à un panneau de support de flèche perpendiculaire. Dessinez une mortaise de 2,7mm par 32mm près du côté du moteur en utilisant une ligne directrice pour le placement, puis utilisez Différence pour créer la fente.

Ajouter un trou circulaire de 8,6mm à droite de la fente à mortaise. Ce trou permet de connecter la plaque de fixation à la structure de la flèche. Dupliquez la plaque de fixation finie de sorte que le moteur puisse être soutenu des deux côtés.

5.5 Dessiner le tableau de support de la flèche

Le panneau de support de flèche est installé verticalement entre les deux plaques de fixation du moteur. Dessinez un rectangle de 40mm sur 64mm. Ajoutez deux mortaises de 2,7mm par 32mm en bas, espacées de 20mm, pour que la carte puisse se connecter aux plaques de fixation du moteur.

Ajoutez deux mortaises plus petites de 2,7mm sur 10mm en haut du panneau de support de flèche pour la connexion de la flèche. Ajoutez ensuite un tenon de 10mm par 2,7mm en bas pour que la carte de support puisse être insérée dans la plaque supérieure du châssis de base.

5.6 Dessiner le tambour du treuil et les arbres transversaux

Le tambour du treuil traverse les plaques de fixation du moteur et est entraîné par le moteur. Dans cette leçon, le tambour utilise des pièces d'essieu transversal fabriquées à partir de planches découpées au laser à emboîtement.

Dessinez une pièce d'axe transversal comme un rectangle de 8,4mm sur 40mm. Ajoutez une fente de 2,7mm sur 20mm, alignez-la en haut au centre et utilisez Différence pour créer la forme imbriquée. Puisque le tambour et le boom de treuil ont besoin de quatre axes croisés au total, créez huit morceaux assortis de croix-axe avec la rangée rectangulaire.

Pour empêcher les arbres de se desserrer ou de se déplacer pendant la rotation, dessinez des manchons d'essieu circulaires. Créez un cercle de 15mm et placez un trou d'arbre en forme de croix en son centre. Utilisez Rectangular Array pour créer huit manches.

5.7 Dessiner le boom

Le boom est fait à partir de deux plats latéraux identiques. Il comprend un bras long et un bras court. Le bras long atteint l'extérieur, tandis que le bras court se connecte à la structure de support de levage et guide la direction du câble.

Tracez un rectangle de 250mm sur 20mm pour le bras long et un rectangle de 40mm sur 20mm pour le bras court. Faites pivoter le bras court de-30 degrés, alignez-le avec le bras long et fusionnez les deux rectangles avec Union.

Ajoutez deux trous d'axe en forme de croix à l'extrémité avant de la flèche pour rediriger le câble. Ajouter un trou circulaire de 8mm à l'extrémité arrière pour simplifier l'installation. Dupliquez la plaque latérale terminée de la flèche afin que la flèche ait deux côtés correspondants.

5.8 Dessiner le crochet

Le crochet a la forme d'un J majuscule et est assemblé à partir de deux plaques de crochet incurvées et d'une plaque supérieure rectangulaire. La plaque rectangulaire comprend deux trous centraux pour la corde de levage et quatre trous supplémentaires où des vis et des écrous peuvent être ajoutés pour augmenter le poids du crochet.

Dessinez la plaque de crochet supérieure comme un rectangle de 20mm sur 40mm. Ajoutez six trous circulaires de 3mm avec Rectangular Array, en utilisant 2 trous horizontaux, 3 trous verticaux et un espacement de 8mm. Centre-aligner les trous groupés à l'intérieur du rectangle.

Pour dessiner la plaque de crochet en forme de J, créez deux cercles concentriques avec des diamètres de 30mm et 20mm Utilisez un rectangle et des opérations de différence pour créer une forme de demi-anneau. Ajouter un rectangle de 5mm par 15mm pour former la pointe du crochet.

Ajoutez la section de connexion entre le crochet et la plaque supérieure. Dessinez un rectangle de 20mm par 15mm et un rectangle de tenon de 10mm par 2,7mm, alignez-les et fusionnez la forme du crochet avec la forme de connexion en utilisant Union. Dupliquez la plaque de crochet en forme de J finie.

Une fois toutes les pièces de grue terminées, déplacez chaque pièce de production finale dans une mise en page propre, supprimez les graphiques de construction supplémentaires, attribuez les couches correctes et préparez le fichier pour le traitement au laser.

6. traitement de laser

6.1 Définir les paramètres de contour et de coupe

Le projet de grue utilise deux processus laser principaux. Les objets à couche rouge sont utilisés pour le traçage ou le marquage de surface, tandis que les objets à couche noire sont coupés à travers le contreplaqué de tilleul.

6.2 Début de 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 couper à partir du panneau de la machine.

7. Câblage et assemblage

7.1 Câblage du circuit

Connectez le circuit selon le schéma de câblage. Le moteur de levage de grue se relie au récepteur ainsi le treuil peut enroulez le câble dedans ou par à télécommande.

7.2 Assemblage structurel

Commencez par les deux plaques de montage du moteur, la plaque de support de la flèche, le moteur, les vis et les écrous. Installez les deux plaques de montage du moteur des deux côtés du moteur, puis insérez la plaque de support de flèche dans les rainures avant de haut en bas.

Assemblez l'arbre transversal, passez-le à travers les trous ronds sur les plaques de montage du moteur et ajoutez des manchons de trous transversaux entre les plaques. Installez le grand engrenage sur l'arbre transversal et le petit engrenage sur l'arbre du moteur, puis fixez les deux extrémités avec des manchons circulaires.

Ensuite, assemblez le boom. L'arbre transversal avant doit passer à travers les plaques latérales de la flèche et inclure deux manchons de trou transversal pour aider à prévenir le désalignement. Utilisez un autre arbre transversal pour connecter la flèche à la structure de support rotative.

Installez la structure de levage sur le panneau de pont supérieur de la carrosserie du véhicule. Insérez les tenons au bas de la structure de support rotative dans les mortaises du pont supérieur du véhicule et passez les fils du moteur à travers les trous du pont.

Connectez les fils du moteur de la grue au connecteur du moteur X sur la carte réceptrice. Assemblez ensuite le panneau supérieur du véhicule avec le châssis et fixez-le avec des vis.

Assemblez le crochet en reliant les deux plaques de crochet en forme de J avec la plaque supérieure rectangulaire par des joints à mortaise et à tenon. Ajoutez des vis et des écrous aux trous extérieurs pour augmenter le poids du crochet si nécessaire. Utilisez les deux trous centraux pour la corde de levage.

Enfilez la corde de levage à travers les deux trous centraux du crochet. Acheminez une extrémité à travers l'espace entre les deux manchons circulaires à l'avant de la flèche et serrez-la avec les manchons. Acheminez l'autre extrémité vers le haut à travers le deuxième arbre de flèche avant et connectez-le au manchon circulaire sur l'arbre du treuil.

8. Tester, déboguer et améliorer

9. Projet terminé et réflexion

Après la conception, le traitement au laser, le câblage et l'assemblage, les étudiants terminent une grue télécommandée. Le projet donne aux étudiants une expérience pratique de la transmission par engrenage, des idées de poulie fixe, du fonctionnement du treuil, de la structure de la flèche, du contrepoids du crochet, du routage des câbles et de l'assemblage mécanique découpé au laser.

10. Le défi de l'extension

Pendant le test, la leçon source note que le crochet peut dériver lorsqu'il n'est pas attaché à un objet, même après l'ajout de poids supplémentaire. Comme défi d'extension, les étudiants peuvent concevoir une meilleure méthode de stabilisation du crochet, ajuster le contrepoids, ajouter un guide, changer le chemin de la corde ou redessiner la pointe de la flèche pour réduire le balancement.

Les élèves peuvent également comparer différents rapports d'engrenage, angles de flèche, poids de crochet et méthodes d'acheminement des câbles pour voir comment chaque changement affecte la vitesse de levage, la stabilité et le contrôle.

11. Note d'équipement pour les enseignants

Ce projet convient aux coupeurs de laser de salle de classe qui soutiennent la coupe et le marquage des matériaux de feuille pour des projets de robotique et de mécanisme. Pour des écoles, des makerspaces, et des laboratoires de VAPEUR de débutant, des projets comme les grues à télécommande, les modèles de treuil, les systèmes de transmission de vitesse, et les attachements de robot de laser-coupe peuvent être accomplis avec un coupeur de laser de salle de classe tel queSérie de boulons laser Thunder.

Les enseignants peuvent choisir la machine et la configuration du matériel en fonction de l'espace en classe, de la taille du projet, 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 pour d'autres machines laser CO2 lorsque les élèves passent à des mécanismes de levage plus avancés ou à des tâches robotiques de type compétition.