Projet de découpe laser avec LaserMaker Jeu de lancer d'anneau à télécommande

Dans ce projet de robotique et de mécanisme STEAM, les élèves conçoivent et construisent un jeu de lancer d'anneaux télécommandé à l'aide de LaserMaker. La leçon relie les structures de boîte découpées au laser, les porte-cadeaux, la transmission par engrenages, les mécanismes à cames, le mouvement alternatif, les anneaux de jeu, le contrôle du moteur TT, le câblage et l'assemblage pratique.

1. Aperçu de la leçon

1.1 Objectif du projet

Les élèves concevront un jeu de lancer d'anneau avec une base, des porte-cadeaux mobiles, un mécanisme à came rotative, une transmission à engrenages et des anneaux de jeu. Ils prépareront les pièces découpées au laser dans LaserMaker, définiront les processus de notation et de découpe, assembleront la structure mécanique, connecteront les composants électroniques et testeront si les porte-cadeaux se déplacent en douceur.

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 doivent tester les pièces alimentées et mobiles avec soin sous la direction de l'enseignant ou du superviseur de laboratoire. Gardez les mains, les fils lâches et les petits objets loin des engrenages, des cames, des arbres rotatifs et des porte-cadeaux mobiles pendant le fonctionnement.

3. Contexte du monde réel: comment fonctionne un jeu de lancer d'anneaux en mouvement

Un jeu de lancer d'anneau demande aux joueurs de lancer des anneaux sur des cibles ou des prix. Le jeu devient plus difficile lorsque la taille de la cible, la distance de lancer ou la position de la cible change.

Dans ce projet, les élèves créent des porte-cadeaux mobiles à l'aide d'une came motorisée. Le moteur fait tourner le jeu d'engrenages, le jeu d'engrenages fait tourner l'arbre en bois et la came soulève le porte-cadeau pour créer une position cible changeante.

4. Planification des matériaux et des pièces

4.1 Liste des matériaux

Avant de modéliser le dispositif de lancer d'anneau, les étudiants doivent identifier les composants électroniques, les matériaux structurels, le matériau de l'arbre et le matériel utilisé dans le projet.

4.2 Liste des pièces structurelles

La structure de jeu de lancer d'anneau est organisée en quatre groupes principaux de partie: base, support de cadeau, mécanisme tournant, et anneaux de jeu.

5. Lesson Procedure

5.1 Dessiner la base

La base est conçue comme une boîte ouverte afin que les étudiants puissent accéder au moteur, à la batterie, au récepteur et au mécanisme de déplacement. Dans le flux de travail source, la boîte est créée avec l'outil boîte à angle droit et réarrangée ultérieurement pour fonctionner comme une base sans couvercle arrière.

Ouvrez LaserMaker, cliquez sur Création dans le menu d'outils et créez une boîte à angle droit. Dans le flux de travail source, la longueur, la largeur et la hauteur sont définies sur 126mm, 106mm et 56mm. La taille de rainure est définie sur 10mm et l'option Pas de couvercle supérieur est sélectionnée.

Réorganiser les panneaux de sorte que chaque surface est plus facile à modifier. Faites pivoter et déplacez les panneaux droit et gauche, puis placez les panneaux avant et arrière au-dessus et en dessous du panneau inférieur. Déplacez les étiquettes d'invite vers les panneaux correspondants et supprimez les invites supplémentaires.

Ajoutez les instructions du jeu au panneau avant à l'aide de l'outil Texte. Dans le flux de travail source, le texte dit "Jeu de lancer d'anneau" et "5 anneaux par tour". Comme le texte n'est qu'une invite, définissez son processus sur la notation au lieu de la coupe.

Parce que le bas de la base contient l'électronique et les attaches, des pieds de support sont ajoutés pour maintenir la boîte stable. Sélectionnez un rectangle arrondi dans Formes de base. Dans le flux de travail source, le tenon inférieur le plus à gauche mesure 12,66mm de large, de sorte que le rectangle arrondi est redimensionné à 12,66mm par 12,66mm.

Déplacez le rectangle arrondi vers le bas du panneau de gauche. Copiez et collez un autre rectangle arrondi sur le côté droit du panneau. Sélectionnez le panneau et les pieds de support, puis utilisez Union pour intégrer les formes. Répétez le même processus pour le panneau de droite.

5.2 Dessiner le mécanisme rotatif

Le mécanisme rotatif utilise un moteur TT, un ensemble d'engrenages, un arbre en bois et des cames. Le moteur entraîne les engrenages, les engrenages font tourner l'arbre et les cames poussent les porte-cadeaux de haut en bas.

Sélectionnez le graphique OSROBOT Motor dans la bibliothèque Open Source Robot et faites-le glisser sur le canevas. Faites pivoter le graphique du moteur de 90 degrés.

Pour connecter le moteur à l'arbre en bois, ajoutez un jeu d'engrenages à l'extérieur de la base. Dans le flux de travail source, les élèves sélectionnent le trou rond M2 11t parmi les pièces mécaniques, le placent sur le moteur TT et l'alignent sur le centre du moteur. Un deuxième engrenage correspondant est ensuite ajouté et aligné avec le premier engrenage.

Déplacez le moteur et le pignon TT sur le panneau droit. Alignez le bas du moteur avec la mortaise la plus basse du panneau. Le trou d'arbre rond à travers la base est légèrement plus grand que la tige en bois de 6mm pour réduire la friction, de sorte que le trou sur le panneau est changé à 6,2mm.

L'engrenage qui se connecte directement à l'arbre en bois a besoin d'un trou légèrement plus serré. Copiez le jeu d'engrenages et réglez le cercle intérieur de l'engrenage gauche sur 5,8mm afin qu'il puisse saisir l'arbre de 6mm plus solidement. Supprimez les composants d'engrenage inutiles sur le panneau droit.

Copiez le panneau droit et utilisez-le pour créer un panneau gauche correspondant avec le trou de l'arbre aligné. Retirez les trous supplémentaires et les invites, ne laissant que le trou de l'arbre rond. Ajoutez un autre engrenage à trous ronds sur le côté gauche de l'arbre pour empêcher l'arbre de se détacher pendant la rotation.

5.3 Créer les détenteurs de cadeaux

Le porte-cadeau utilise une structure verticale afin que trois cibles puissent s'adapter à la largeur de la base. Chaque porte-cadeau comprend une base qui entre en contact avec la came, un connecteur central et un sommet en forme de flèche pour l'anneau.

Commencez par la base du porte-cadeau. Dessinez un rectangle de 25mm par 50mm, puis dessinez un rectangle de 3mm par 20mm à l'intérieur. Centre-aligner les deux rectangles pour créer la position de mortaise.

Pour le connecteur du milieu, tracez un rectangle de 21mm sur 50mm. Dessinez ensuite un rectangle de 3mm sur 9mm près du haut afin que la pointe de flèche puisse être insérée plus tard. Alignez le plus petit rectangle sur le centre supérieur et utilisez Différence pour créer la mortaise.

Pour le haut en forme de flèche, choisissez le graphique Flèche dans Formes de base, faites-le pivoter de 90 degrés vers le haut et définissez sa largeur sur 25mm Ajoutez un rectangle mortaise de 3mm par 9mm, alignez-le sur le centre inférieur de la flèche et utilisez Différence pour créer la fonction d'insertion.

Après avoir complété un porte-cadeau, utilisez Rectangular Array pour créer trois porte-cadeaux identiques.

5.4 Dessinez la came et les fentes du panneau supérieur

La came est le mécanisme à clé qui soulève les détenteurs de cadeaux. Sélectionnez le graphique Cam dans Pièces mécaniques et faites-le glisser sur le canevas. Ajoutez des lignes auxiliaires pour estimer la distance entre le centre du trou d'arbre et le bas de la mortaise du panneau. Dans le flux de travail source, cette distance est d'environ 18,97mm.

Échelle la came vers le bas à 45% ainsi elle ne frappera pas la base tout en tournant. Ajoutez ensuite un trou d'arbre de 5,8mm au centre de la came afin qu'il puisse s'ajuster étroitement sur la tige en bois de 6mm. Pour augmenter la zone de contact avec la base du porte-cadeau, le flux de travail source empile deux cames ensemble.

Dessinez des fentes rectangulaires sur le panneau supérieur afin que les porte-cadeaux puissent monter et descendre. Dans le flux de travail source, chaque fente a une largeur de 3,5mm et une hauteur de 21,5mm. Utilisez la matrice rectangulaire pour créer trois emplacements espacés de 25mm, puis déplacez-les vers le centre du panneau supérieur.

Ajoutez la carte de réception OSROBOT de la bibliothèque Open Source Robot au panneau de base. Comme le moteur, la batterie et le récepteur sont cachés à l'intérieur de la base, supprimez les trous de fil inutiles. Copiez les trous de vis de la carte du récepteur pour créer des trous de montage pour les attaches de câble de batterie 18650.

5.5 Dessinez les anneaux de jeu

Les anneaux de jeu sont faits de deux cercles concentriques. Utilisez l'outil Ellipse tout en maintenant la pression sur Ctrl pour dessiner des cercles de diamètres de 25mm et 20mm. Alignez les deux cercles au centre pour créer un anneau, puis utilisez Rectangular Array pour créer six anneaux avec un espacement de 1mm.

Avant d'enregistrer, supprimez les annotations et les lignes auxiliaires qui ne sont plus nécessaires.

6. traitement de laser

Après avoir terminé la conception, vérifiez à nouveau les paramètres du processus laser. Utilisez la simulation pour confirmer la séquence de marquage et de découpe avant d'envoyer le fichier à la machine de découpe laser.

7. Câblage et assemblage

7.1 Câblage du circuit

Après avoir coupé les pièces, connectez le circuit selon le schéma de câblage. Le flux de travail source note que le jeu de lancer d'anneau ne devrait pas se déplacer trop rapidement, de sorte que la configuration utilise une batterie 18650 et un motoréducteur dans l'exemple de câblage.

7.2 Assemblage structurel

Tout d'abord, localisez les cames, le bâton en bois et le panneau supérieur de la base. Installez les cames sur le bâton en bois en fonction de l'espacement des trous sur le panneau supérieur. Ensuite, localisez les trois supports inférieurs des porte-cadeaux, les flèches et les plaques verticales du milieu.

Ensuite, localisez les panneaux gauche et droit, le jeu de vitesses, l'arbre rotatif et les accessoires. Fixez le moteur sur le panneau droit, passez l'arbre rotatif à travers les panneaux gauche et droit et fixez les deux extrémités avec des engrenages à trous ronds. Installez l'engrenage avec le trou TT sur le moteur afin qu'il s'engage avec l'engrenage sur l'arbre rotatif.

Trouvez le panneau inférieur, la batterie 18650, le récepteur, les attaches de câble en nylon, les vis et les écrous. Fixez le récepteur et la batterie à la base en utilisant le matériel et les attaches.

Installez le mécanisme de rotation sur le panneau inférieur. Installez ensuite le panneau supérieur avec les porte-cadeaux sur la base.

Enfin, installez le panneau avant avec les instructions de jeu et placez les anneaux de jeu sur les porte-cadeaux.

8. Tester, déboguer et améliorer

9. Projet terminé et réflexion

Après la conception, le traitement au laser, le câblage et l'assemblage, les étudiants complètent un jeu de lancer d'anneau télécommandé avec des cibles mobiles. Le projet donne aux étudiants une expérience pratique de la transmission par engrenages, des mécanismes à cames, des boîtes découpées au laser, des porte-cadeaux à mortaise et à tenon, de la conception d'anneaux de jeu et du mouvement motorisé.

10. Le défi de l'extension

Dans le projet fini, les détenteurs de cadeaux utilisent des formes de flèches en bois. Comme défi d'extension, les élèves peuvent ajouter des invites textuelles aux détenteurs de cadeaux, les reconcevoir en petites boîtes cadeaux ou créer un nouveau système de cibles qui rend le jeu plus facile à comprendre pour les joueurs.

Les étudiants peuvent également réfléchir à d'autres exemples de la vie quotidienne de mécanismes de transmission à engrenages et de cames, puis concevoir un autre projet mobile qui utilise le même principe de mouvement circulaire à linéaire.

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 de petits projets de robotique et de mécanisme. Pour les écoles, les makerspaces et les laboratoires STEAM débutants, des projets tels que les jeux de lancer d'anneau, les cibles pilotées par came, les dispositifs de jeu télécommandés et les modèles de transmission par engrenages 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 la taille du projet, de l'épaisseur du matériau, des composants électroniques et des objectifs d'apprentissage. Le même flux de travail LaserMaker peut également être adapté pour d'autres machines laser CO2 lorsque les étudiants passent à des appareils de jeu plus grands ou à des projets de mécanismes plus avancés.