このSTEAMロボットプロジェクトでは、学生はLaserMakerを使用してユニバーサルリモートコントロール車両本体を設計および構築します。このレッスンでは、レーザーカットされたシャーシプレート、TTモーターの取り付け、ほぞ穴のサイジング、キャスターホイールの配置、レシーバーとバッテリーの取り付け、配線、およびハンズオンロボットシャーシアセンブリを接続します。

このプロジェクトは、学生が収集車両、ダンパー、クレーンなどの後のロボット設計をサポートできる再利用可能なベース車両本体を作成するのに役立ちます。主なエンジニアリングの焦点は、モーター取り付けプレートと上部および下部の車両プレートの間の正確なほぞ穴とほぞ穴の取り付けです。

1.レッスンの概要

アイテム	詳細
プロジェクト	リモコン基本車体/ユニバーサルロボットシャーシ
ソフトウェア	LaserMaker
主なスキル	長方形ツール、丸みを帯びたコーナーツール、ユニオンツール、長方形アレイ、TTモーターグラフィックス、キャスターホイールグラフィックス、コントロールボードグラフィックス、バッテリーの配置、配置、配置、輪郭、切断、配線、およびアセンブリ
提案された材料	バスウッド合板、40 cm × 60 cm × 3mm
教室フィット	ロボット工学およびメカニズムプロジェクト、ロボットシャーシ設計、モーター取り付け、ほぞ穴建設、リモートコントロール車両、メーカー教育、およびレーザー切断

1.1プロジェクトの目標

学生は、2つのモーター取り付けプレート、上部ボディプレート、および下部ボディプレートを備えた基本的な車体を設計します。モーター、キャスターホイール、レシーバー、バッテリーの取り付け位置を追加し、部品をレーザーカットし、シャーシを組み立て、回路を接続し、リモートコントロール車体をテストします。

1.2推奨される教室の使用

教師の場合:このプロジェクトを使用して、ロボットシャーシの設計、モーターの配置、キャスターサポート、コンポーネントのレイアウト、および正確なほぞ穴の取り付けを導入します。

学生のために:より高度な車両機能や競技用アタッチメントを追加する前に、アクティビティを使用して再利用可能なロボットベースを構築します。

Makerspacesの場合:学習者がより複雑なロボット構築に備えるための基本的なリモートコントロール車両プロジェクトとして使用します。

2.学習目的

2.1学生が学ぶこと

シャーシプレートに収まるサイドテノンを備えたTTモーター取り付けプレートを設計します。

丸みを帯びた角、モルトス、固定穴を備えた上部と下部の車体プレートを作成します。

TTモーター、キャスターホイール、コントロールボード、バッテリーの取り付け位置にLaserMakerライブラリグラフィックスを使用します。

長方形配列、アライメントツール、座標移動、グループ化、およびレイヤーセットアップを適用して、生産準備完了のパーツを作成します。

車体を組み立て、モーターと電子機器を取り付け、リモートコントロールシステムを配線し、基本的な動きをテストします。

2.2 STEAMスキル開発

デザイン思考:複数のロボット車両プロジェクトに再利用できるユニバーサルシャーシを作成します。

計算思考:寸法、間隔、配列、座標オフセット、および部品の配置を使用して、正確なレーザーカットのレイアウトを構築します。

エンジニアリング思考:モーターの配置、キャスターサポート、バッテリークリアランス、ほぞ穴とほぞのフィット、ネジの位置、シャーシの安定性について検討してください。

2.3責任あるメイキング

学生は、教師またはラボの監督者の指導の下で動力車をテストする必要があります。テスト中は、指、緩いワイヤー、小さな部品を移動するホイールやモーターから遠ざけ、シャーシを駆動する前にすべてのネジ、ナット、配線を確認してください。

3.現実世界の文脈: なぜユニバーサルボディを作るのですか?

再利用可能な車両シャーシは、多くのロボットプロジェクトの実用的な出発点です。毎回ベースを再設計する代わりに、学生は最初にモーター、ホイール、キャスターホイール、レシーバー、およびバッテリーを保持する信頼性の高いボディを作成できます。

このプロジェクトでは、シャーシは、収集車両、ダンパー、クレーンなど、将来の遊園地車両の製造用に設計されています。ドライブ構造が完成すると、同じベースで異なるアタッチメントをサポートできます。

基本車体プロジェクト紹介画像 — このプロジェクトは、将来のロボット車両用に再利用可能なベース車両本体を作成するという課題から始まります。

基本的な車体の観察と分析 — 車体は、上下プレート、モーター取り付けプレート、2つのモーター、ホイール、およびフロントキャスターホイールを使用しています。

基本的な車体部品の故障 — 車体は、モーター取り付けプレート、トッププレート、およびボトムプレートに分けることができます。

4.材料と部品の計画

4.1材料リスト

車体をモデル化する前に、学生はプロジェクトで使用されるリモートコントロールコンポーネント、モーター、構造材料、ファスナー、およびサポートハードウェアを特定する必要があります。

番号	名前	数量
1	バッテリー付き2.4Gリモートコントローラ	1
2	2.4Gレシーバー	1
3	TTモーター、1:120	2
4	ケーブル付き18650バッテリー	1
5	バスウッド合板、40 cm × 60 cm × 3mm	1
6	M3/M4ネジ、ナット、ナイロンスタンドオフ	いくつか

基本的な車体材料および電子部品 — このプロジェクトでは、2つのTTモーター、リモートコントロールレシーバー、バッテリー、合板、ネジ、ナット、およびスタンドオフを使用しています。

4.2構造部品リスト

レーザーカットされた車体は、2つのモーター取り付けプレート、1つの上部ボディプレート、および1つの下部ボディプレートの3つの主要な構造部分に編成されています。

パート番号	パーツ名	数量	関数
1	モーター取り付けプレート	2	TTモーターを保護する
2	トップボディプレート	1	モーター取り付けプレートをサンドイッチするために底板と組み合わせる
3	ボトムボディプレート	1	トッププレートと組み合わせて、キャスターホイール、レシーバーボード、バッテリーを固定します

5.レッスン手順

5.1モーター取り付けプレートを引く

モーター取り付けプレートは、2つのTTモーターを保持し、ほぞ穴とほぞの接合部を介して上部と下部のボディプレートに接続します。メインのモーター取り付けプレートの形状を描くことから始めて、サイドテノンとモーター取り付け穴を追加します。

基本車体用モーター取り付けプレートリファレンス — モーター取り付けプレートは、長方形のプレート、サイドテノン、およびTTモーター取り付け穴を組み合わせたものです。

長方形ツールを使用して、メインモーター取り付けプレートとして25mm × 72mmの長方形を描きます。プレートはほぞ穴とほぞのジョイントを介して車体に接続するため、両側に1つのほぞを追加します。ソースワークフローでは、3 mmのバスウッドボードの実用的な厚さとレーザー切断損失に基づいて、各サイドテノールは幅2.85mm、高さ40 mmです。

メインモーター取り付けプレートの長方形を描く — 25mm × 72mmの取り付けプレートを引きます。

モーター取り付けプレートtenon計画 — モーター取り付けプレートのサイドテノンを計画します。

2つのサイドテノン長方形を描く — 2.85mm × 40 mmのテロン長方形を2つ描きます。

最初のテノンをプレートの左側に移動し、位置合わせし、Unionを使用してメインの長方形と結合します。右側で同じプロセスを繰り返して、モーター取り付けプレートの輪郭を完成させます。

ユニオンツールで左のtenonをマージする — ユニオンを使用して左のテノールをマージします。

ユニオンツールで右のtenonをマージする — ユニオンを使用してプレートのアウトラインを完成させます。

次に、TTモーターの取り付けパターンを追加します。 LaserMakerライブラリを開き、オープンソースのロボットハードウェアを見つけ、TT Motorを選択してキャンバスにドラッグします。 TTモーターの穴のパターンを90度回転させ、グループ化して、モーター取り付けプレートに中心合わせます。

LaserMakerライブラリからTT Motorグラフィックを追加する — TT Motorグラフィックを追加します。

TTモーターのグラフィックを回転させる — TTモーターのグラフィックを90度回転させます。

モーター取り付けプレート用のグループ化されたTTモーターグラフィック — モーター穴パターンをグループ化します。

マウントプレート付きセンター整列TTモーターグラフィック — TTモーターの穴を取り付けプレートに中心合わせます。

車体は2つのTTモーターを使用するため、2つのモーター取り付けプレートが必要です。完成した取り付けプレートを選択し、長方形の配列を使用して2番目のコピーを作成します。ソースワークフローでは、水平カウントは2、水平間隔は10mm、垂直カウントは1です。

長方形アレイで2つのTTモーター取り付けプレートを作成する — 左右のドライブモーター用に2つのモーター取り付けプレートを作成します。

5.2シャーシのトッププレートを描く

トッププレートとボトムプレートは、モーター取り付けプレートを所定の位置に固定します。トッププレートには、丸みを帯びたコーナー、モーター取り付けプレート用の2つのモティス、および4つの固定穴が必要です。

長方形を描き、幅110mm、高さ150mmに設定します。次に、半径15mmの丸みを帯びたコーナーツールを使用して、4つのコーナーすべてを丸めます。

110 mm x 150 mmのシャーシトッププレートを描く — シャーシのトッププレートを描きます。

モーター取り付けプレート用のmortisesを追加します。 2.85mm × 40 mmの長方形を1つのほぞ穴として描きます。 18650バッテリーは2つのモーター取り付けプレートの間に収まる必要があるため、ソースワークフローは2つのモティス間の距離を67mmに設定し、バッテリーの幅よりわずかに大きくします。

1つのシャーシほぞ穴の長方形を描く — 2.85mm x 40mmのほぞ穴を1つ描きます。

長方形のアレイで2番目のシャーシのmortiseを作成する — 長方形の配列を使用して、2番目のほぞを作成します。

モティスをトッププレートと中央に合わせてから、モティスを16 mm下に移動して、モーターがシャーシの背面に近づくようにします。 LaserMakerでは、Y軸値を大きくすると、選択したグラフィックが下に移動します。

シャーシトッププレートを中心に合わせるmortises — プレート上のモティスを中心に合わせます。

シャーシのmortisesを16 mm移動する — モティスを16 mm下に移動します。

シフトされたmortisesで完成したトッププレート — モティスを配置した後、トッププレートを確認します。

4つの4 mm固定穴をシャーシプレートに追加します。 2つの水平コピー、80mmの水平間隔、2つの垂直コピー、および120 mmの垂直間隔の長方形アレイを使用します。穴をグループ化し、モルトスを選択せずに、それらをプレートに中心合わせます。

長方形アレイで4つのシャーシ固定穴を作成する — 4つの4mm固定穴を作成します。

固定穴とシャーシプレートの中心合わせ — 固定穴をトッププレートに中央合わせます。

5.3シャーシの底板を描く

トッププレートが完成したら、長方形のアレイを使用してトッププレートからボトムプレートを作成します。ソースワークフローでは、水平カウントは2、水平間隔は4mmです。

上部プレートからシャーシの底板を作成する — 上部プレートのレイアウトを複製して、シャーシの下部プレートを作成します。

車両が柔軟に動くのを助けるために、底板にキャスターホイールを追加します。オープンソースのロボットハードウェアライブラリからキャスターホイールのグラフィックを選択し、キャスターホイールのグラフィックをグループ化して、下部プレートの前面の近くに配置します。

LaserMakerライブラリからキャスターホイールグラフィックを追加する — キャスターホイールのグラフィックを追加します。

キャスターホイールのグラフィックをグループ化する — キャスターホイールのグラフィックをグループ化します。

キャスターホイールを底板に合わせる — キャスターホイールをシャーシの底板に合わせます。

底板には、レシーバーボードとバッテリーの取り付け位置も必要です。 Open-Source Robot Hardwareライブラリから2.0 Control Boardグラフィックを追加し、シャーシの正方形の領域に配置します。次に、Double 18650 Batteryグラフィックを追加し、コントロールボード領域の上に配置します。

2.0コントロールボードのグラフィックを下部プレートに追加する — 2.0 Control Boardグラフィックを追加します。

コントロールボードのグラフィックをシャーシ底板に配置する — レシーバーボードを底板に配置します。

ダブル18650バッテリーグラフィックの追加 — バッテリー取り付けグラフィックを追加します。

モーター取り付けプレート、トッププレート、およびボトムプレートが完成したら、レーザー加工のための最終図面を配置します。

完成した基本車体図面レイアウト — レーザー加工の前に完成した車体図面を確認してください。

6.レーザー加工

6.1セットのアウトラインと切削パラメータ

描画デザインが完了したら、レーザー加工パラメータを設定します。ソースワークフローでは、赤層オブジェクトのアウトラインと黒層オブジェクトのカットを使用します。

概要:処理エリアの赤いブロックをダブルクリックします。素材としてBasswood Plywoodを選択し、 [アウトライン] を選択し、処理の厚さを0.10に設定します。

切断:処理エリアの黒いブロックをダブルクリックします。素材としてBasswood Plywoodを選択し、 [Cutting] を選択し、加工厚さを3.00に設定します。

6.2製造開始

レーザー切断機とレーザースイッチをオンにします。 [製造開始] ボタンの準備ができたら、図面をレーザー切断機にアップロードし、機械パネルから切断を開始します。

完成したレーザーカット基本車体部品 — 加工後の完成したレーザーカットのシャーシ部品。

7.配線とアセンブリ

7.1回路配線

シャーシを組み立てた後、配線図に従って回路を接続します。レシーバー、バッテリー、2つのTTモーターにより、車体をリモコンで動かすことができます。

基本的な車体回路配線図 — 配線図を使用して、受信機、バッテリー、および2つのTTモーターを接続します。

7.2構造アセンブリ

まず、キャスターホイール、シャーシ底板、M4ネジ、ナットを特定します。キャスターホイールをシャーシの底板の下側に取り付け、M4ナットで締めます。

キャスターホイールとナイロンスタンドオフの取り付け — キャスターホイールを取り付け、底板をスタンドオフで準備します。

シャーシプレートの四隅にある丸い穴にナイロンのスタンドオフを挿入し、ナットで締めます。次に、レシーバーボード、短いM4ネジ、およびM4ナットを配置し、レシーバーボードを底板の正方形のセクションに固定します。

次に、TTモーター、モーター取り付けブラケット、M3ネジ、およびM3ナットを見つけます。各モーターをモーター取り付けブラケットに固定します。ソースワークフローは、突き出たネジの端がホイールの取り付けを妨げるのを防ぐために、ナットを木材の内側に配置する必要があると述べています。

レシーバーとTTモーターの取り付け — レシーバーボードを取り付け、モーターを取り付けプレートに固定します。

モーターブラケットをシャーシプレートに取り付けます。次に、18650バッテリーをケーブルタイでシャーシプレートの長方形の領域に固定します。

シャーシにモーターとバッテリーを取り付ける — モーターブラケットを取り付け、バッテリーをケーブルタイで固定します。

回路図に従って配線を接続します。最後に、シャーシの上部プレートを下部プレートの上に置き、ネジで取り付けます。トッププレートが取り付けられると、基本的な車体アセンブリが完了します。

完成した基本的な車体アセンブリ — 基本的な車体アセンブリを完了し、運転テストのために準備します。

8.テスト、デバッグ、および改善

モーター取り付けプレートが上部プレートと下部プレートのmortisesにしっかりと収まるかどうかを確認します。

キャスターホイールが位置合わせされ、自由に回転できることを確認します。

受信機とバッテリーを配線した後、2つのTTモーターが正しく動作するかどうかをテストします。

シャーシを運転する前に、バッテリーとレシーバーがしっかりと固定されているかどうかを確認してください。

シャーシがまっすぐに動き、スムーズに回転し、基本的なリモートコントロールテスト中に安定しているかどうかを観察します。

9.完成したプロジェクトと反射

設計、レーザー加工、配線、組み立ての後、学生はリモートコントロールの基本的な車体を完成させます。このプロジェクトでは、ロボットシャーシの計画、TTモーターの取り付け、キャスターホイールサポート、レシーバーとバッテリーの配置、正確なほぞ穴とほぞのサイジングの実践的な経験を学生に提供します。

基本的な車体mortiseとtenonデザインの概要 — 学生は、正確なほぞとほぞのサイジングが車体をしっかりと組み立てるのにどれほど役立つかを考えることができます。

10. Extensionチャレンジ

基本的なシャーシを完成させた後、学生は、コレクション車体、ダンパーアタッチメント、クレーン構造、またはカスタム競技モジュールなどの新しい機能でそれをアップグレードすることができます。

追加のエンジニアリングの課題として、学生はトッププレート、ボトムプレート、およびモーター取り付けプレートを再設計して、ネジを使用せずにシャーシを組み立てて固定できるようにすることができます。これにより、学生はより高度なほぞ穴とほぞの構造とスナップフィットデザインのアイデアを探求することができます。

11だ教師向け機器ノート

このプロジェクトは、小型ロボット工学およびメカニズムプロジェクトのシート材料の切断およびアウトラインをサポートする教室用レーザーカッターに適しています。学校、メーカースペース、初心者のSTEAMラボでは、ロボットシャーシプレート、モーター取り付けブラケット、リモートコントロール車体、競技用車両ベースなどのプロジェクトを、次のような教室用レーザーカッターで完了できます。雷レーザーボルトシリーズ.

教師は、教室のスペース、材料の厚さ、電子部品、可動部分のクリアランス、および学習目標に基づいて、機械と材料の設定を選択できます。同じLaserMakerワークフローは、学生がより大きな車体またはより高度なロボットプロジェクトに移行するときに、他のCO2レーザーマシンにも適合させることができます。

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