このSTEAMロボット工学およびメカニズムプロジェクトでは、学生はLaserMakerを使用して基本的なリモートコントロール車両本体をコレクターカーにアップグレードします。このレッスンでは、ロボットシャーシの変更、TTモーターの取り付け、ほぞ穴とほぞ穴のブラケットの設計、枝角の形をしたフックモデリング、Bスプライン曲線、ノード編集、配線、レーザー切断、およびハンズオンアセンブリを接続します。

このプロジェクトは、以前に設計された基本的なシャーシに基づいています。学生は収集メカニズムに焦点を合わせます: TTモーターは、中空の立方体の形をしたエネルギーストーンを捕まえるために回転する角の形をしたフックを駆動します。

1.レッスンの概要

アイテム	詳細
プロジェクト	アントラーフックメカニズム付きリモートコントロールコレクターカー
ソフトウェア	LaserMaker
主なスキル	長方形ツール、ユニオンツール、差分ツール、丸みを帯びたコーナーツール、ラインツール、長方形の配列、TTモーターグラフィックス、Bスプラインツール、ノードの編集、配置、アウトライン、切断、配線、およびアセンブリ
推奨材料	ベースシャーシ、TTモーター、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、ロボットアタッチメント設計、収集メカニズム、リモートコントロール車両、メーカー教育、レーザー切断、および創造的なエンジニアリングの課題

1.1プロジェクトの目標

学生は、リモートコントロール車両のコレクターメカニズムを設計します。それらは、モーターブラケット、ブラケットロッキングピン、前向きの枝角、水平枝角、およびモーターブラケットモースと配線穴を備えた改造されたシャーシルーフパネルを作成します。レーザー切断後、メカニズムを組み立て、アントラーフックがターゲットオブジェクトを収集できるかどうかをテストします。

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、ロボットアタッチメント、モーター駆動回転、湾曲したベクトル描画、ジョイントデザイン、および反復メカニズムテストを接続します。

学生のために:アクティビティを使用して、基本的なロボットシャーシをタスクベースのコレクター車両にアップグレードします。

Makerspacesの場合:学習者が基本的なリモートコントロールシャーシを完成させた後、実用的なアドオン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

基本的なロボットシャーシを変更して、新しい収集メカニズムを実行できるようにします。

安全に取り付けるために、スルーテノーンとロックピンを備えたTTモーターブラケットを設計します。

Bスプライン曲線とノード編集を使用して、角型のカスタムフックパーツを作成します。

垂直と水平の枝角がより安全に接続できるように、クロステナー機能を作成します。

リモートコントロール車両でモーター駆動の収集メカニズムをレーザーカット、配線、組み立て、およびテストします。

2.2 STEAMスキル開発

デザイン思考:タスク要件を、ターゲットオブジェクトをキャッチして運ぶことができる実用的な車両アタッチメントに変えます。

計算思考:寸法、間隔、配列、回転、位置合わせ、およびノード調整を使用して、正確なデジタルパーツを作成します。

エンジニアリング思考:モーターサポート、フックの安定性、ジョイントフィット、配線アクセス、回転クリアランス、および収集の信頼性について検討します。

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付き車両のアタッチメントをテストする必要があります。操作中は、回転するアントラーフックや移動中の車両から手、緩いワイヤー、小さな部品を離してください。

3.実世界のコンテキスト: 基本的なシャーシからコレクターカーまで

多くのロボットは、異なるタスクアタッチメントを備えた同じモバイルシャーシを使用しています。ベース車両は、上部に取り付けられたメカニズムを変更することにより、コレクター、ダンパー、クレーン、またはその他のタスクベースのロボットになることができます。

このレッスンでは、コレクターカーは中空の立方体の形をしたエネルギーストーンを集めるように設計されています。 TTモーターは、角の形をしたフックを回転させて、移動中に車両が石にラッチできるようにします。

コレクターカープロジェクト绍介画像 — プロジェクトは、完成した基本シャーシをコレクターカーにアップグレードすることから始まります。

コレクターカーコンポーネント分析 — コレクターカーには、ベースシャーシ、モーターブラケット、パワーユニット、アントラーフックメカニズムが含まれています。

4.材料と部品の計画

4.1材料リスト

ベースシャーシは、以前の車体プロジェクトから再利用されています。新しいレーザーカット作業は、主にモーターブラケット、ピン、アントラーパーツ、および改造されたシャーシルーフパネルに焦点を当てています。

いいえ。	アイテム	数量
1	ベースシャーシ	1
2	TTモーター	1
3	バスウッド合板、40 cm × 60 cm × 3mm	1

コレクターカーの材料とコンポーネント — このプロジェクトでは、新しいメカニズム部品に既存のシャーシ、1つのTTモーター、およびバスウッド合板を使用しています。

4.2構造部品リスト

コレクターカーは4つの主要な機能グループに編成されています。

パート番号	パーツ名	数量	関数
1	ベースシャーシ	1	収集メカニズムを運ぶ
2	モーターブラケット	1	TTモーターを固定します
3	パワーユニット	1	アントラーフックの回転を駆動します
4	鹿のアントラーフック	1	エネルギー石にフック

5.レッスン手順

5.1モーターブラケットを描く

収集メカニズムは、電源としてTTモーターを使用するため、最初のタスクは、シャーシのルーフパネルにモーターをしっかりと保持できるブラケットを設計することです。

LaserMakerを開き、Open-Source RoboticsライブラリからTT Motorグラフィックを選択し、キャンバスにドラッグします。モーターグラフィックをグループ化し、そのサイズを確認します。ソースワークフローでは、TTモーターグラフィックは幅70.13mm、高さ22.30mmであるため、モーターブラケット本体は幅72mm、高さ22.30mmに設定されています。

コレクター車のブラケットのTTモーターの寸法を確認する — TTモーターのグラフィックを使用して、ブラケットのサイズを決定します。

モーターブラケットの本体に72mm × 22.30mmの長方形を描きます。 TTモーターのグラフィックをこの長方形に中央合わせて、取り付け位置がモーターと一致するようにします。

コレクター車のモーターブラケット本体を描く — モーターブラケット本体を描画し、TTモーターのグラフィックに合わせます。

ブラケットをシャーシに取り付けるには、tenonとthrough-tenonスロットを追加します。ブラケットテノールに40mm × 9 mmの長方形を描き、ブラケット本体の下端に合わせ、垂直に中央に配置します。

モーターブラケットmortiseとtenonのコンセプト — ブラケットのtenonとthrough-tenonスロットを計画します。

40 mm x 9 mmのモーターブラケットtenonを描く — メインブラケットのtenonを描きます。

スルーテノールのほぞ穴として20mm × 3 mmの長方形を描きます。ブラケットテノールの内側で中央に合わせます。次に、ブラケット本体とテノールを選択し、ユニオンを使用してそれらをモーターブラケット形状にマージします。

モーターブラケットにスルーテノールのほぞ穴を描く — スルーテノールほぞを追加します。

モーターブラケット本体とtenonをマージする — ユニオンを使用してブラケット形状を形成します。

切断の効率と外観を改善するには、TTモーターのグラフィックをグループ化解除し、必要なマウント情報のみを保持します。冗長なアウトライン、ホール、およびサークルを削除します。ブラケットのデザインは2つの部分を使用するため、ブラケットを複製します。

きれいにされ、複製されたモーターブラケットのレイアウト — 必須のモーター取り付け穴を維持し、ブラケットの部品を複製します。

5.2ブラケットロックピンを描く

モーターブラケットは、スルーテノールとピンを使用してブラケットをシャーシにロックします。ピンヘッドは、ほぞ穴よりわずかに大きくする必要があります。ソースワークフローでは、ピンヘッド幅は20.4mmに設定されています。

モーターブラケットロックピンの概念 — ロックピンは、トーンスロットを通してモーターブラケットを固定します。

ピンヘッドには20.4mm x 6mmの長方形を、ピンハンドルには30mm x 6mmの長方形を描きます。ハンドルをピンヘッドの下に合わせ、水平に中央に配置します。挿入しやすいように、ピンヘッドに2 mmの丸い角を付けます。

気密性を減らすには、ピンヘッドに3つの垂直スリットを追加します。ラインツールを使用して6mmの垂直線を描画し、3本の水平線と8mmの間隔で長方形の配列を使用します。ピンヘッドのスリットラインを揃え、ピンヘッドとハンドルをユニオンと結合し、完成したピンを2つのピンがあるように複製します。

5.3前方に面した枝角を描く

角型のフックは、エネルギー石をキャッチするように設計されています。前向きの角には、TTモーターシャフトの穴と湾曲した角の形状を備えたハンドルが含まれています。

コレクターカーのアントラーフックコンセプト — アントラーフックは機能的で装飾的です。

前方に面したアントラー構造の概要 — 前向きの角には、ハンドルと湾曲したフックフォームが含まれています。

グリッドツールをオンにします。枝角ハンドル用に90mm x 20mmの長方形を描きます。オープンソースロボットセクションから、TTモーターホールのグラフィックを選択し、長方形の左側に配置して垂直に位置合わせます。

TTモーター穴が付いている前向きの角ハンドルを引く — 前向きの角ハンドルとTTモーターシャフトの穴を作成します。

Bスプラインツールを使用して、湾曲した手形の角を描きます。キャンバス上の点をクリックしておおよその形状を作成し、カーブを閉じます。ノードの編集を使用して、カーブが滑らかになるまでノードの位置と接線を調整します。

ツールヒント:Bスプラインとベジエスタイルの曲線は、枝角、フック、ハンドル、装飾部品などの有機的な形状を描くのに役立ちます。ノードの編集は、生徒が外観と機能の両方を改善するのに役立ちます。

Bスプラインツールを使用したアントラーカーブの描画 — Bスプラインで湾曲した角の形を描きます。

角曲線を滑らかにするためのノードの編集 — ノードを編集してカーブを滑らかにします。

グリッドツールをオフにします。ハンドルの長方形と湾曲した角の形を選択し、Unionを使用してそれらをマージします。回転中にアントラーシがベースシャーシに当たる可能性が低くなるように、2つの左側のコーナーに10 mmの丸いコーナーを適用します。

完成した前向きの角の形 — ハンドルとカーブをマージして、前向きの角を完成させます。

5.4水平アントラーを描く

単一の前向きの枝角はエネルギー石を引っ掛けることができますが、それは十分な安定性を提供しないかもしれません。 2つの前向きの枝角の間に水平の枝角を追加すると、構造が改善され、石がモーターに向かって落下するのを防ぎ、収集動作の信頼性を高めます。

描画のためのアントラー形状リファレンス — アントラーリファレンスを使用してカスタム形状をガイドします。

Bスプラインツールを使用して1つのアントラーシェイプを描画し、ノードの編集を使用してカーブを滑らかにします。ソースワークフローでは、角は幅64mm、高さ31 mmに設定されています。それを複製し、コピーを元のものと水平に整列させ、Unionを使用して2つの形状を1つの水平角にマージします。

1つの水平角の形状の描画とサイズ変更 — 1つの枝角の形を描き、サイズを変更します。

水平角の形状とユニオンのマージ — 水平角を作成するには、ユニオンを使用します。

5.5アントラーズにクロステノールの機能を追加する

枝角構造を安定させるために、前向きの枝角と水平の枝角が連動できるようにクロステナー機能を追加します。

コレクターカーの枝角のためのクロステノン構造 — クロステロン構造は、アントラーアセンブリを固定するのに役立ちます。

2.85mm × 10 mmの長方形を1つのほぞ穴として描きます。水平方向のコピーが2つ、水平方向の間隔が25.5mmの長方形の配列を使用して、水平方向の角に2つのmortiseを作成します。それらを適切な位置に移動し、それらを整列させ、Differenceを使用してモルティスを作成します。

完成した水平角のモルティス — Differenceを使用して、水平枝角のmortisesを完成させます。

前向きの枝角に2.85mm × 10 mmの長方形を描き、Differenceを使用して一致するほぞ穴を作成します。完成した前向き枝角を複製して、最終構造に2つの前向き枝角と1つの水平枝角が含まれるようにします。

5.6ベースシャーシの屋根パネルを変更する

新しいモーターブラケットはベースシャーシルーフパネルに取り付ける必要があるため、学生はブラケットモティスと配線穴をルーフパネルに追加する必要があります。

ベースシャーシ屋根パネル修正リファレンス — 屋根パネルを変更して、アントラーモーターブラケットを保持できるようにします。

モーターブラケットのtenonは幅40mm、高さ9 mmです。バスウッド合板の厚さは3 mmであるため、一致するほぞ穴のために40 mm x 3 mmの長方形を描きます。 TTモーターの厚さは19.5mmであるため、長方形の配列を使用して、一致するモルティスのペアを作成します。

シャーシの屋根のパネルのモーターブラケットのmortisesを作成する — シャーシ屋根パネル用のモーターブラケットmortisesを作成します。

モティスを90度回転させ、ルーフパネルの上端近くに配置します。それらを垂直に中心合わせし、Y座標を15 mm増やして、モティスを下に移動して最終位置に移動します。

モーターブラケットのmortisesを屋根パネルに配置する — モーターブラケットのmortisesを回転させ、整列させます。

移動モーターブラケットのmortises 15mm — モティスを15 mm下に移動します。

角を駆動するTTモーターはシャーシの上にあるため、モーターがOSROBOTコントロールボードに接続できるように配線穴を追加します。 8mm × 6mmの長方形を描き、上部パネルの中央に合わせます。

シャーシの屋根のパネルの配線の穴を引く — ルーフパネルに8mm x 6mmの配線穴を追加します。

モーターブラケット、ピン、枝角、および変更されたルーフパネルが完成したら、レーザー加工の最終レイアウトを配置します。

レーザー加工前のコレクターカー最終図面レイアウト — レーザー加工の前に最終的なレイアウトを見直してください。

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

図面が完了したら、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:処理パラメータ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、切削深さを0.10に設定します。

切断:処理パラメータエリアの黒いブロックをダブルクリックします。材料としてBasswood合板を選択し、切断を選択し、切断深さを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。 Start Manufacturing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、マシンパネルから切断を開始します。

7.配線とアセンブリ

レーザー切断の後で、アセンブリの前に新しいメカニズムの部品を識別して下さい。

完成したレーザーカットコレクター車のメカニズム部品 — コレクター車のアップグレードのための完成したレーザーカット部品。

7.1回路配線

コレクター車両が正しく動作するように、配線図に従って、アントラー回転を駆動するTTモーターを制御基板に接続します。

コレクター車のアントラーモーター回路配線図 — 配線図を使用して、アントラードライブTTモーターをコントロールボードに接続します。

7.2構造アセンブリ

まず、新しいベースシャーシの屋根パネルとモーターブラケットの部品を見つけます。 TTモーターとモーターブラケットを組み立て、モーターブラケットをルーフパネルに取り付け、ブラケットをピンで固定します。

モーターブラケットをコレクター車の屋根パネルに取り付ける — 変更されたルーフパネルにTTモーターブラケットを取り付け、ピンでロックします。

元のベースシャーシのルーフパネルを取り外し、角を駆動するTTモーターをコントロールボードに接続し、新しいルーフパネルを取り付けます。次に、角の部品を見つけ、垂直の角をTTモーターに取り付け、水平の角を垂直の角に固定します。

コレクターカーのアントラーフックメカニズムの組み立て — 垂直と水平の角を組み立てて、収集メカニズムを完成させます。

8.テスト、デバッグ、および改善

モーターブラケットがルーフパネルのmortisesにしっかりと収まるかどうかを確認します。

ロックピンがきつすぎずにモーターブラケットを所定の位置に保持していることを確認します。

アントラーフックがベースシャーシに当たらずに回転するかどうかをテストします。

水平角が安定性を向上させ、収集されたオブジェクトがモーターに向かってスライドするのを防ぐのに役立つかどうかを確認します。

テスト中に車両をゆっくりと運転し、フックがターゲットのエネルギーストーンを確実に集めることができ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コレクターカーを完成させます。このプロジェクトでは、ロボットシャーシの変更、電動アタッチメント、Bスプライン描画、ノード編集、ほぞ穴とほぞの取り付け、機能メカニズムの設計に関する実践的な経験を学生に提供します。

完成したコレクターカープロジェクト概要 — 学生は、角の形をしたメカニズムが車両が収集タスクを完了するのにどのように役立つかを考えることができます。

10. Extensionチャレンジ

コレクターカーは、エネルギー石を集めるために単純な回転アントラフックを使用します。拡張の課題として、学生はフックの形状を再設計したり、角の角度を変更したり、モーターの速度を調整したり、別のタイプのオブジェクト用に別の収集ツールを作成したりできます。

生徒は、さまざまなフック形状が収集の成功、安定性、および収集後のオブジェクトの解放の容易さにどのように影響するかを比較することもできます。

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、コレクターカー、ロボットアタッチメント、モーターブラケット、レーザーカット機構のアップグレードなどのプロジェクトを、次のような教室の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、学生がより高度なロボットアタッチメントまたはタスクベースの競技車両に移動するときに、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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