レーザーメーカーとのリモートコントロールクレーンレーザー切断STEAMプロジェクト

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のシャーシを作業用クレーンにアップグレードします。 このレッスンでは、実際のクレーン構造、ウインチ設計、ギアリダクション、ブームサポート、フック設計、ケーブルルーティング、レーザーカットクロスシャフト、配線、およびハンズオンアセンブリを接続します。

1.レッスンの概要

1.1プロジェクトの目標

学生は、基本的な車両シャーシに取り付けることができるクレーン持ち上げ構造を設計および構築します。 ウインチ、ギアリダクションシステム、ブーム、フック、クロスシャフト、スリーブ、サポートブラケットを作成し、部品をレーザーカットして組み立て、持ち上げと下げの動きをテストします。

1.2推奨される教室の使用

2.学習目的

2.1学生が学ぶこと

2.2 STEAMスキル開発

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リフティングメカニズムをテストする必要があります。 操作中は、指、緩んだワイヤー、小さな部品を回転ギア、ウィンチドラム、シャフト、ホイール、およびリフティングケーブルから遠ざけてください。

3.実世界のコンテキスト: クレーンがオブジェクトを持ち上げる方法

クレーンは、港、建設現場、倉庫、および重い物体を持ち上げ、移動、および荷降ろしする必要があるその他の場所で使用されます。 車輪付きクレーンは場所間を移動できますが、タワークレーンは建設現場の所定の位置に固定されることがよくあります。

このプロジェクトでは、学生は持ち上げ構造に焦点を合わせます。 基本的な車両シャーシは動きを処理し、クレーン機構は上下を処理します。 持ち上げ構造は、ウインチ、ブーム、およびフックを含む。

4.材料と部品の計画

4.1材料リスト

クレーンをモデル化する前に、学生はプロジェクトで使用される車両ベース、電子機器、モーター、シート材料、ファスナー、リベット、およびケーブル管理部品を特定する必要があります。

4.2構造部品リスト

クレーンモデルは、ウインチ、ブーム、フック、ベースシャーシの4つの機能グループに編成されています。

5.レッスン手順

5.1ウィンチをデザインする

ウィンチは持ち上がるロープの解放および回収を制御します。 この教室クレーンでは、ウインチにモータードライブ構造、ケーブルドラム、固定ブラケットが含まれています。 リダクションギアシステムが追加され、リフティングロープがあまりにも速く動かないようになっています。

5.2モーター固定プレートを描く

モーター固定プレートから始めます。 88mm × 64mmの長方形を描きます。 Open-Source Robotics HardwareライブラリからTT Motorグラフィックを追加し、グループ化して、長方形の中央下部に揃えます。

モーター固定プレートの下部に30 mm x 3 mmのテロンを追加して、ベースシャーシに取り付けることができるようにします。 ユニオンを使用して、テノールを固定プレートにマージします。

5.3リダクションギアセットを作成する

LaserMakerのModular Gear機能を使用して、小さなギアと大きなギアを作成します。 ソースワークフローでは、小さなギアは8歯を使用し、大きなギアは18歯を使用し、ギアモジュールは2に設定されています。小さなギアはモーターシャフトに接続し、大きなギアはケーブルドラムに接続します。

小さいギヤのデフォルトの中心の穴をTTモーターシャフトの穴と取り替えて下さい。 大きなギアの場合は、2.7mm x 8 mmの長方形を2つ描き、1つを90度回転させ、それらを整列させ、ユニオンと結合することにより、十字形のシャフト穴を作成します。

小さなギアが大きなギアの下に収まるようにギアセットを回転させます。 小さなギアをモーター固定プレートのTTモーターシャフト穴に合わせます。 次に、クロスシャフトの位置の周りに固定プレートに8.6mmの円形のクリアランス穴を引きます。

5.4モーティスとブーム接続穴を追加する

モーター固定プレートはまた、垂直ブーム支持板と接続する必要があります。 配置のガイドラインを使用してモーター側の近くに2.7mm x 32 mmのほぞ穴を描き、次にDifferenceを使用してスロットを作成します。

ほぞ穴スロットの右側に8.6mmの円形の穴を追加します。 この穴は、固定プレートをブーム構造に接続するのに役立ちます。 モーターを両側で支えることができるように、完成した固定プレートを複製します。

5.5ブームサポートボードを描く

ブーム支持板は、2つのモーター固定板の間に垂直に取り付けられる。 40mm × 64mmの長方形を描きます。 ボードがモーター固定プレートに接続できるように、下部に2つの2.7mm x 32 mmのモルティスを20 mm間隔で追加します。

ブーム接続用に、ブームサポートボードの上部に2つの小さな2.7mm x 10mmのmortisesを追加します。 次に、サポートボードをベースシャーシのトッププレートに挿入できるように、下部に10mm x 2.7mmのテロンを追加します。

5.6ウィンチドラムとクロスシャフトを描く

ウインチドラムはモーター固定プレートを通過し、モーターによって駆動されます。 このレッスンでは、ドラムはインターロッキングレーザーカットボードで作られたクロスアクスル部品を使用しています。

1つのクロスアクスルピースを8.4mm × 40 mmの長方形として描きます。 2.7mm x 20mmのスロットを追加し、上部中央に位置合わせし、Differenceを使用してインターロック形状を作成します。 ウインチドラムとブームには合計4本のクロスシャフトが必要なため、長方形アレイを使用して8つの一致するクロスアクスルピースを作成します。

回転中にシャフトが緩んだりシフトしたりしないようにするには、円形の車軸スリーブを描きます。 15mmの円を作成し、その中心に十字形のシャフト穴を置きます。 長方形の配列を使用して8つの袖を作成します。

5.7ブームを描く

ブームは2つの同一のサイドプレートから作られています。 それは長い腕と短い腕を含みます。 長いアームは外側に達し、短いアームはリフティングサポート構造に接続してケーブルの方向を案内します。

長い腕には250mm x 20mmの長方形を、短い腕には40mm x 20mmの長方形を描きます。 短いアームを-30度回転させ、長いアームに合わせ、2つの長方形をユニオンで結合します。

ブームの前端に2つの十字形のアクスル穴を追加して、ケーブルをリダイレクトします。 取り付けを簡単にするために、後端に8 mmの円形の穴を追加します。 完成したブームのサイドプレートを複製して、ブームに2つの一致する側面があるようにします。

5.8フックを描く

フックは大文字のJのような形をしており、2つの湾曲したフックプレートと1つの長方形の上部プレートから組み立てられています。 長方形のプレートには、リフティングロープ用の2つの中央穴と、フックの重量を増やすためにネジとナットを追加できる4つの追加穴があります。

上部のフックプレートを20mm x 40mmの長方形として描きます。 2つの水平方向の穴、3つの垂直方向の穴、および8mmの間隔を使用して、長方形の配列で6つの3mm円形の穴を追加します。 四角形内のグループ化された穴を中心に合わせます。

J字型のフックプレートを描くには、直径30mmと20mmの同心円を2つ作成し、長方形と差分操作を使用してハーフリング形状を作成します。 フックチップを形成するために5mm × 15 mmの矩形を追加する。

フックと上部プレートの間に接続セクションを追加します。 20mm × 15 mmの長方形と10mm × 2.7mmのほぞの長方形を描き、それらを整列させ、Unionを使用してフックの形状を接続形状に結合します。 完成したJ字型フックプレートを複製します。

すべてのクレーン部品が完成したら、最終的な各生産部品をきれいなレイアウトに移動し、追加の建設グラフィックを削除し、正しいレイヤーを割り当てて、レーザー処理用にファイルを準備します。

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

クレーンプロジェクトは2つの主要なレーザープロセスを使用します。 赤層のオブジェクトは輪郭や表面のマーキングに使用され、黒層のオブジェクトはバスウッド合板にカットされます。

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。

7.配線とアセンブリ

7.1回路配線

配線図に従って回路を接続します。 クレーン持ち上げモーターはレシーバーに接続するため、ウィンチはリモコンでケーブルを巻き取りまたは巻き取ることができます。

7.2構造アセンブリ

2つのモーター取り付けプレート、ブームサポートプレート、モーター、ネジ、ナットから始めます。 モーターの両側に2つのモーター取り付けプレートを取り付けてから、ブームサポートプレートを上から下に向かって前面の溝に挿入します。

クロスシャフトを組み立て、モーター取り付けプレートの丸い穴に通し、プレートの間にクロスホールスリーブを追加します。 クロスシャフトに大きなギアを取り付け、モーターシャフトに小さなギアを取り付けてから、両端を円形のスリーブで固定します。

次に、ブームを組み立てます。 フロントクロスシャフトはブームのサイドプレートを通過し、ずれを防ぐために2つのクロスホールスリーブを含む必要があります。 別のクロスシャフトを使用して、ブームを回転サポート構造に接続します。

リフト構造を車体の上部デッキパネルに取り付けます。 回転サポート構造の下部にあるテノンを車両の上部デッキのモティスに挿入し、モーターワイヤーをデッキの穴に通します。

クレーンモーターワイヤをレシーバーボードのXモーターコネクタに接続します。 次に、車両の上部パネルをシャーシで組み立て、ネジで固定します。

ほぞ穴とほぞの接合部を介して2つのJ字型フックプレートを長方形の上部プレートに接続することにより、フックを組み立てます。 必要に応じてフックの重量を増やすために、外側の穴にネジとナットを追加します。 持ち上がるロープのための2つの中心の穴を使用して下さい。

フックの2つの中央の穴にリフティングロープを通します。 ブームの前面にある2つの円形スリーブの間の隙間に一端を通し、スリーブでクランプします。 もう一方の端を2番目のフロントブームシャフトに通し、ウィンチシャフトの円形スリーブに接続します。

8.テスト、デバッグ、および改善

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クレーンを完成させます。 このプロジェクトは、ギアトランスミッション、固定プーリーのアイデア、ウインチ操作、ブーム構造、フックカウンターウェイト、ケーブルルーティング、およびレーザーカット機械アセンブリの実践的な経験を学生に提供します。

10. Extensionチャレンジ

テスト中、ソースレッスンでは、余分な重みが追加された後でも、フックがオブジェクトに取り付けられていないときにフックがドリフトする可能性があることが指摘されています。 エクステンションチャレンジとして、生徒はより良いフック安定化方法を設計したり、カウンターウェイトを調整したり、ガイドを追加したり、ロープの経路を変更したり、ブームの先端を再設計してスイングを減らすことができます。

生徒は、さまざまなギア比、ブーム角度、フックウェイト、およびケーブルルーティング方法を比較して、各変更が持ち上げ速度、安定性、および制御にどのように影響するかを確認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、ロボット工学およびメカニズムプロジェクト用のシート材料の切断およびマーキング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、リモートコントロールクレーン、ウインチモデル、ギアトランスミッションシステム、レーザーカットロボットアタッチメント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、プロジェクトのサイズ、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、学生がより高度なリフティングメカニズムや競技スタイルのロボットタスクに移行するときに、他のCO2レーザーマシンにも適合させることができます。