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を使用してリモートコントロール観覧車を設計および構築します。このレッスンでは、アミューズメントライド観察、レーザーカット構造、ギアリダクション、コックピット設計、ブラケットサポート、TTモーター制御、配線、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、学生が回転ホイール、吊り下げられたコックピット、サポートブラケット、ベース、減速ギアセット、TTモーター、およびリモートコントロールコンポーネントがどのように連携して移動する観覧車モデルを作成するかを理解するのに役立ちます。

1.レッスンの概要

アイテム	詳細
プロジェクト	リモコンハッピー観覧车モデル
ソフトウェア	LaserMaker
主なスキル	ギャラリーグラフィックス、TTモーターグラフィックス、トライアングルツール、丸みを帯びたコーナーツール、長方形ツール、モジュラスギアツール、距離測定ツール、楕円ツール、オフセット曲線、リングアレイ、トレース、切断、配線、およびアセンブリ
提案された材料	Basswoodラミネート、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、ギアトランスミッション、アミューズメントライドモデリング、レーザー切断、リモートコントロール構造、およびエンジニアリング設計活動

1.1プロジェクトの目標

生徒は、コックピット、ホイール、減速ギアセット、サポートブラケット、ベースを備えた観覧車を設計します。 LaserMakerでレーザーカット部品を準備し、トレーシングと切断のプロセスを設定し、機械構造を組み立て、電子部品を接続し、ホイールがスムーズに回転す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、ギアトランスミッション、回転速度、構造サポート、モーター制御、測定、およびレーザーカットアセンブリを接続します。

学生のために:このアクティビティを使用して、デジタル図面がどのように機能する機械システムになるかを学びながら、動く観覧車モデルを構築します。

Makerspacesの場合:レーザー切断、ギア、木製シャフト、スペーサー、TTモーター、およびリモートコントロールコンポーネントを組み合わせた、より高度なパワードモデル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

観覧車の構造を分析し、ホイール、コックピット、ブラケット、ベース、パワーユニット、減速ギアセットを特定します。

LaserMaker描画ツールとギャラリーツールを使用して、ブラケット、ホイール、コックピット、ガスケット、ギア、およびベースパーツを作成します。

モジュラスギアツールを使用して減速ギアセットを作成し、TTモーターに合うようにモーターシャフトの穴を調整します。

コックピットがベースやブラケットにぶつけることなく回転できるように、クリアランスを測定します。

トレースと切断のプロセスを設定し、木製のロッド、スペーサー、ネジ、ナット、銅製の支柱、レシーバー、バッテリー、モーターでモデルを組み立てます。

2.2 STEAMスキル開発

デザイン思考:本物の観覧車を研究し、それを明確な部品と機能を備えた教室規模のモデルに単純化します。

計算思考:寸法、ギアパラメータ、中心距離、リングアレイ、アライメント、オフセット、および間隔の計算を使用して、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:回転速度、ギアメッシュ、アクスルクリアランス、コックピットバランス、ブラケット間隔、基本安定性、および信頼性の高い動力付きモーションを検討してください。

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、動力付きおよび回転する部品を注意深くテストする必要があります。テスト中は、指、緩んだワイヤー、小さな部品をギア、シャフト、回転ホイールから遠ざけてください。

3.実世界のコンテキスト: 観覧車の仕組み

観覧車は、乗客のコックピットが外縁にぶら下がっている大きな車輪型の遊園地です。ホイールがゆっくりと回転すると、コックピットはさまざまな高さに移動し、乗客が周囲を見ることができます。

このプロジェクトでは、学生は単純化された動力の観覧車を作成します。回転ホイールは4つのコックピットを運び、ブラケットはホイールを支え、ベースは構造を保持し、ギアセットはホイール速度を下げてスムーズに移動するのに役立ちます。

ハッピー観覧车プロジェクト绍介画像 — このプロジェクトは、遊園地の設定のための観覧車モデルを設計するという課題から始まります。

教室デザイン分析用の観覧車リファレンス — 生徒は観覧車を観察し、その主要な目に見える構造を特定します。

観覧车部品分析図 — 観覧車は、回転ホイール、吊り下げられたコックピット、サポート構造、パワーユニット、およびベースとして分析できます。

4.材料と部品の計画

4.1装置リスト

観覧車をモデル化する前に、学生はプロジェクトで使用される電子部品、構造材料、車軸材料、およびハードウェアを特定する必要があります。

いいえ。	名前	数量
1	バッテリー付き2.4Gリモコン	1
2	2.4Gレシーバー	1
3	TTモーター、1:220	1
4	ケーブル付き18650バッテリー	1
5	Basswoodラミネート、40 cm × 60 cm × 3mm	1
6	M3ネジ、ナット、銅のポスト	いくつか
7	4 mmの木の棒	いくつか

ハッピー観覧车のホイール装置と电子部品 — このプロジェクトでは、レーザーカットされた木製部品、TTモーター、レシーバー、バッテリー、木製ロッド、ネジ、ナット、銅製の支柱を使用しています。

4.2構造部品リスト

観覧車の構造は、コックピット、ホイール、減速ギアセット、ブラケット、シャーシの5つの主要部品グループに編成されています。

部品番号	パーツ名	部品の数	関数
1	コックピット	4	乗客のモデルエリアを保持し、ホイールからぶら下がっています
2	ホイール	2	コックピットを回転させて運ぶ
3	リダクションギアセット	1	ホイールの回転速度を低下させます
4	ブラケット	2	ホイールをベースに接続し、モーターを保持します
5	シャーシ	1	ブラケット、バッテリーボックス、レシーバーを固定

ハッピー観覧車構造部品概要 — このプロジェクトは、レーザーカットの機械部品と構造部品のセットとして計画されています。

5.レッスン手順

5.1ブラケットを描く

ブラケットは観覧车のための主要なサポート部分です。ソースワークフローでは、ブラケットは三角形の構造を使用しており、TTモーターのサイズはそのスケールを決定するのに役立ちます。

観覧車ブラケットの参照で固定されるTTモーター — ブラケットはホイールを支え、TTモーターの固定取り付け位置を提供する必要があります。

LaserMakerを開き、ギャラリーのOpen Source Robotics Hardware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てサイズを確認し、モーターグラフィックをグループ化して、1つのオブジェクトとして移動できるようにします。

LaserMakerでのTTモーターグラフィックの追加とグループ化 — ブラケットを設計する前に、TTモーターのグラフィックを追加してグループ化します。

TTモーターのグラフィックを選択し、270度回転させます。

TTモーターのグラフィックを270度回転させる — ブラケットのデザインに合わせてTTモーターのグラフィックを回転させます。

Basic Graphicsから三角形をドラッグし、幅約140mm、高さ121.24mmに調整します。コーナー半径4 mmの丸みを帯びたコーナーツールを使用し、TTモーターをブラケットに配置し、水平方向の中心配置を使用して2つの部分を整列させます。

三角形の観覧車ブラケットを引き、TTモーターを置くこと — 丸みを帯びた三角形をブラケット本体として使用し、モーターの位置を揃えます。

長方形ツールを使用して、40mm x 3mmの長方形をブラケットテロンとして描画します。長方形を三角形の下端に合わせ、水平方向に中央に配置してから、ユニオンツールを使用して三角形と結合し、ブラケットのプロトタイプを作成します。

観覧車のホイールブラケットのtenonの描画とマージ — ブラケットのtenonを追加し、三角形のブラケットとマージします。

5.2リダクションギアセットを描く

観覧車は通常快適な経験のためにゆっくり回転します。このプロジェクトでは、学生はモーターと減速ギアセットを組み合わせることで車輪の速度を下げます。

観覧車のリダクションギアセットのコンセプト — 減速ギアセットは、ホイールの回転を遅くするのに役立ちます。

距離測定ツールを使用して、TTモーターシャフトの中心からブラケットの上部までの距離を測定します。ソースワークフローでは、測定距離は59.62mmですが、実際の値は最終的なモーターの位置によって異なります。

TTモーターシャフトからブラケットトップまでの距離の測定 — ギアを配置する前に、ブラケットの利用可能な距離を測定します。

ホイールとギアアクスルは4mmの木制ロッドを使用しています。車軸はブラケットの上端に近すぎてはいけないため、この設計ではギアの中心距離を50 mm未満にする必要があります。

観覧車減速ギアの中心距離計画 — ギアアクスルの位置がブラケット領域内にとどまるように、中心距離を計画します。

アーティファクトツールを開き、Modulus Gearを選択します。ソースワークフローでは、モジュラスは2に設定されています。ギア1は3 mmのベアリング直径と12の歯を使用しています。ギア2は、4 mmのベアリング直径および36の歯を使用する。中心距離は自動的に48 mmと確認されます。

観覧車リダクションギアセットのモジュラスギア設定 — モジュラスギアツールで減速ギアセットを作成します。

TTモーターシャフトは小さなギアのデフォルトのD字型の穴と一致しないため、ギア1のD字型の穴を削除し、ギャラリーのTTモーターホールのグラフィックに置き換えます。ギアセンターに合わせます。タイトメッシングによるギアジャミングを減らすために、ソースワークフローはギア1を1mm左に移動します。

ギア穴をTTモーター穴と交換し、ギア位置を調整する — ギア1の穴をTTモーターの穴に交換し、ギアの位置を調整します。

2つのギアを選択し、それらを270度回転させてグループ化します。ギアセットをブラケットにドラッグして、ギアのTT穴がブラケットのTT穴と重なるようにします。ギア2の穴は、ブラケットの4 mmシャフト穴としても使用できます。

観覧車ブラケットにセットされた減速ギアの配置 — リダクションギアセットをブラケットに置き、ギア穴を揃えます。

最終的なブラケット形状をコピーします。一方のブラケットには赤いテキストのラベル付けを含めることができ、もう一方のブラケットにはブラケットの輪郭、TTモーターのグラフィック、および組み立て計画に必要なシャフトの穴が保持されます。

最終的な観覧車のホイールブラケット部品を複製する — 観覧車サポートの両側のブラケット部品を複製します。

5.3ホイールを描く

ホイールは、観覧車のコア回転部分です。コックピットの車軸穴を運び、メインシャフトの周りを回転します。

ホイールとコックピットを描画する前に、ホイールシャフトの中心からブラケットの下端までの距離を測定します。補助ラインを使用して測定をサポートします。ソースワークフローでは、この距離は106.62mmです。

観覧車シャフトの中心からブラケットの底までの測定距離 — 回転中にコックピットが底に触れないようにクリアランスを測定します。

測定されたクリアランスに基づいて、ソースワークフローはホイールの半径を70mmに設定し、ホイールの直径は140mmになります。

140 mmの観覧車の直径を計画する — モデルスケールのホイール直径を140mmに設定します。

楕円ツールを使用して140mmの円を描きます。次に、20 mmの内側オフセットを持つオフセットカーブを使用して、同心円のセットを作成します。

観覧車ディスクの同心円を描く — ホイールの外側の円と内側のオフセット円を描きます。

長方形ツールを使用して、130mm × 10mmの長方形を描画します。それをコピーし、コピーを90度回転させ、2つの長方形を中央に合わせ、それらを結合して十字型の内側の輪郭を作成します。

観覧車の十字型の内側の輪郭を描く — ホイールデザインの十字型の内側の輪郭を作成します。

中央-十字の形状を同心円に合わせます。 Difference Setを使用してホイールのプロトタイプを作成し、ソースワークフローで座標を300,100に設定します。

差分セットで観覧車のプロトタイプを作成する — Difference Setを使用して、ホイールプロトタイプを作成します。

直径4 mmの円をコックピットの車軸の穴として描き、ホイールの上端近くに配置し、リングアレイを使用して4つの穴を作成します。ソースワークフローでは、開始角度は0 ° 、ステップ角度は90 ° 、コピー数は4、中心点は300,100です。完成したホイールグラフィックをグループ化します。

リングアレイを使用して4つのコックピットアクスル穴をホイールに追加する — リングアレイで4つのコックピットアクスル穴を追加します。

ホイールをドラッグして、その中心がブラケットの車軸の穴と一致するようにします。ブラケットとホイールはどちらも4 mmの木製ロッドを使用しているため、4 mmのブラケットアクスル穴はホイールシャフトの位置に合わせることができます。

観覧車をブラケットの車軸穴に合わせる — ホイールの中心をブラケットシャフトの穴に合わせます。

5.4コックピットを描く

観覧车コックピットリファレンス — コックピットはホイールからハングアップし、回転中にベースに触れないようにする必要があります。

ホイールの最も低いコックピットの穴からベースまでの距離を測定します。ソースワークフローでは、この距離は41.47mmであるため、学生は回転中の衝突を避けるためにコックピットの高さを注意深く確認する必要があります。

最低ホイール位置でコックピットのクリアランスを測定する — コックピットの設計を完了する前に、コックピットのクリアランスを測定します。

コックピット側では、Basic Graphicsから三角形をドラッグし、ソースワークフローで幅30mm、高さ48 mmに設定します。半径4mmの3つの角を丸めます。車軸の穴として直径4mmの円を描き、屋根とベースの接続スロットとして2つの10mm x 3mmの長方形を描きます。

観覧車のコックピットサイドを描く — 丸みを帯びた三角形、車軸の穴、接続スロットでコックピット側を描きます。

コックピットの屋根には、14mm x 24mmの長方形と、10.1mm x 3 mmのテノン長方形を2つ描きます。 3つの長方形を揃えてマージし、屋根を形成します。コックピットベースには、25mm x 24mmの長方形を描き、同じtenonワークフローを使用します。

コックピットの屋根とベースパーツを描く — 組み立てのために、コックピットの屋根とベースをtenon機能で描きます。

コックピットのサイドグラフィックをグループ化し、コックピットの車軸の穴をホイールのコックピットの車軸の穴に合わせます。コックピットが最低点に達したときに底に触れないことを確認します。

最も低い回転点でコックピットの位置を確認する — ホイールが回転するときにコックピットに十分なクリアランスがあることを確認します。

最終モデルは4つのコックピットを使用します。各コックピットには、2つのコックピット側面、1つの屋根、および1つのベースが含まれています。したがって、最終的なコックピット部分セットには、8つのコックピットサイド、4つのコックピットルーフ、および4つのコックピットベースが含まれます。

4つの観覧車コックピット用のコックピット部品の複製 — 4つのコックピットすべてのコックピット部品を複製します。

5.5ガスケットを引く

観覧車をスムーズに走らせるために、ホイールとブラケットの間、およびホイールとコックピットの間にスペーサーが追加されます。ソースワークフローでは、これらの位置に12個のスペーサーを使用し、さらにTTモーターシャフトとピニオンギアの接続に1個のスペーサーを追加します。

観覧車スペース素敵な参考 — スペーサーは、回転部品が互いに強く擦れすぎないようにするのに役立ちます。

楕円ツールを使用して、4mmの円と15mmの円を描きます。 2つの円を中央に合わせてリング状のスペーサーを作成し、それを複製して12個のスペーサーを作成します。 TTモーターシャフトスペーサーの場合は、15 mmの円を描き、ギャラリーのTTモーターホールグラフィックに合わせます。

描画リングスペーサーとTTモーターシャフトスペーサー — ホイールスペーサーとTTモーターシャフトスペーサーを描きます。

5.6ベースを描く

観覧車ベースデザインリファレンス — ベースは、ブラケット、バッテリー、レシーバー、および制御ハードウェアを保持します。

ベースを描画する前に、ブラケットスロットの距離を決定します。ソースワークフローでは、理論的な間隔はコックピットの幅、スペーサー、ホイール、ギア、およびガスケットの厚さから計算されます。ブラケットスロット距離は、滑らかな回転を可能にするために53 mmに設定されています。

ベースの観覧車ブラケット間隔の計算 — ベーススロットを描画する前に、ブラケットの間隔を計算します。

ブラケットのほぞ穴として39.5mm × 3 mmの長方形を描きます。水平コピー1枚、垂直コピー2枚、垂直間隔53mm、オフセット0mmの長方形アレイを使用して、2つのブラケットスロットを作成します。

長方形アレイで2つのブラケットほぞ穴スロットを描く — ベース用に2つのブラケットほぞ穴スロットを作成します。

ブラケット、18650バッテリー、およびOSROBOTコントロールボードのベースプラットフォームを計画します。ソースワークフローでは、ベースプラットフォームは160mm × 160mmに設定され、角は4mmです。 2つの3 mm x 50 mmスロットがベースブラケットに追加されます。

観覧車のベースプラットフォームとコンポーネントの位置を描く — 160 mmの正方形のベースプラットフォームを描画し、コンポーネントの取り付けグラフィックを配置します。

ベースブラケットには、160mm x 30mmの長方形と40mm x 3mmのテロン長方形を描きます。テノールをベースブラケットの上端に合わせ、形状をマージします。完成したブラケットをコピーして、2番目のベースブラケットを作成します。

観覧車のベースブラケットを描く — ベースプラットフォームの下側をサポートするベースブラケットを作成します。

すべての部品が完成したら、レーザー加工のレイアウトを整理します。

レーザー加工前に完成したハッピー観覧车のレイアウト — レーザープロセスを設定する前に、完成した観覧車のレイアウトを確認してください。

6.レーザー加工

6.1セットのトレースと切削パラメータ

観覧車の描画は、トレースとカットという2つの主要なプロセスを使用します。赤層オブジェクトは詳細を追跡するために使用され、黒層オブジェクトはマテリアルを通してカットされます。

トレース:処理エリアの赤いブロックをダブルクリックします。材料としてベースウッド合板を選択し、プロセスとしてトレーシングラインを選択し、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。材料としてバスウッド合板を選択し、プロセスとして切断を選択し、処理の厚さを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。スタート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

切断後、完成した部品を特定し、機械組み立ての準備をします。

完成したレーザーカットハッピー観覧車部品 — 加工後に完成したレーザーカットの観覧車部品。

7.1回路配線

リモコンレシーバー、バッテリー、TTモーターで観覧車がスムーズに作動できるように、配線図に従って回路を接続します。

配線図の周りの幸せな観覧車 — 配線図を使用して、モーター、バッテリー、およびレシーバーを接続します。

7.2構造アセンブリ

まず、コックピットの部品を見つけて、4つのコックピットを組み立てます。

次に、ホイール部品を見つけます。 4mmの木製ロッドとスペーサーでコックピットとホイールを組み立てます。ホイールコックピットの穴の近くの各木製ロッドの端にホットメルト接着剤を使用し、2つのホイールディスクと各コックピットの間に小さな隙間を保ちながら、ホイールが回転するときにコックピットが下向きにぶら下がっ続けることができるようにします。

観覧車のコックピットとホイールの組み立て — 木製の棒とスペーサーでコックピットとホイールを組み立てます。

次に、減速ギアセット、ブラケット、TTモーター、および関連するハードウェアを見つけます。 TTモーターをネジとナットでブラケットに固定します。スペーサーをTTモーターシャフトに取り付けてから、ピニオンギアをモーターシャフトに取り付けます。

TTモータースペーサーとピニオンギアの取り付け — TTモーター、シャフトスペーサー、ピニオンギアをブラケットに取り付けます。

大きなギアシャフトの穴をホイールシャフトの穴に合わせて接着します。ホイールディスクをブラケットに接続するには、4mmの木製ロッドを使用します。

ベース、OSROBOT2レシーバーボード、銅製の支柱、ネジ、ナット、および関連部品を見つけます。銅ポストをOSROBOT2コントロールボードに固定し、コントロールボードをベースに固定します。

OSROBOT2コントロールボードとベースハードウェアのインストール — レシーバーボードとベースハードウェアを取り付けます。

バッテリーをタイでベースブラケットに固定し、ベースブラケットを取り付け、ブラケットをベースに固定します。ホイールアクスルの両側にスペーサーを追加し、ホットメルト接着剤でアクスルを固定します。

Final Happy Ferrisホイールベースとブラケットアセンブリ — ベース、ブラケット、バッテリー、レシーバー、ホイール、スペーサーアセンブリを完成させます。

8.テスト、デバッグ、および改善

ブラケットやベースをこすらずにホイールがスムーズに回転するかどうかを確認します。

ホイールが回転し、ベースに衝突しないように、コックピットが下向きにぶら下がっているかどうかをテストします。

減速ギアセットがスムーズにかみ合い、モーター操作中に詰まりないことを確認します。

ブラケットの間隔、シャフトの穴、スペーサー、および木製のロッドが正しく位置合わせされているかどうかを確認します。

モデルを実行する前に、レシーバー、バッテリー、および配線がベースにしっかりと固定されているかどうかを確認します。

9.完成したプロジェクトと反射

設計、レーザー加工、配線、組み立てを経て、学生はリモートコントロールの観覧車モデルを完成させます。このプロジェクトは、ギアトランスミッション、ホイール構造、吊り下げられたコックピット、ブラケットの設計、ベースプランニング、レーザー切断、および動力付きモーションの実践的な経験を学生に提供します。

完成したHappy Ferris Wheelプロジェクトの概要画像 — 学生は、ギアトランスミッション、レーザーカット部品、木製ロッド、スペーサー、およびリモートコントロールコンポーネントが完成した観覧車でどのように連携するかを考えることができます。

10. Extensionチャレンジ

このレッスンの観覧車モデルは、回転するアミューズメントライド構造の基本的な機能を実現します。エクステンションチャレンジとして、学生はコックピットの数を増やしたり、回転速度をさらに下げるために追加のギアステージを探索したり、安定性と外観を改善するためにブラケットとベースを再設計したりできます。

11だ教師向け機器ノート

このプロジェクトは、小型の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トレース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、観覧車、ギア駆動モデル、回転する遊園地構造、リモートコントロールメカニズム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、ギアフィット、電子部品、および学習目標に基づいて、機械と材料のセットアップを選択できます。同じLaserMakerワークフローは、学生がより大きな移動モデルやより高度なギア駆動エンジニアリング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。

内容