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お土産メダルディスペンサーを設計および構築します。このレッスンでは、バッジデザイン、レーザーカットメダルホルダー、クランクスライダーメカニズム、TTモーター制御、レシーバー配線、構造アセンブリ、およびハンズオンテストを接続します。

このプロジェクトは、回転モーターがメダルを1つずつ押し出す方法を学生が理解するのに役立ちます。生徒はメダルを設計し、クランクスライダー機構を構築し、出入りスロットを備えたメダルホルダーを作成し、すべてを安定したベースで組み立てます。

1.レッスンの概要

アイテム	詳細
プロジェクト	リモコンのお土産メダルディスペンサー
ソフトウェア	LaserMaker
主なスキル	バッジ/スタンプツール、長方形ツール、楕円ツール、テキストツール、長方形アレイ、丸みを帯びたコーナーツール、ユニオン、アライメント、水平フリップ、ボックス作成、アウトライン、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、クランクスライダーメカニズム、自動分配、メーカー教育、レーザー切断、およびリモートコントロール構造

1.1プロジェクトの目標

学生は、メダルのスタックを保管し、出口スロットから押し出すことができる実用的な記念品メダルディスペンサーを設計します。彼らは、レーザーカットメダルを作成し、クランクスライダー機構を設計し、メダルホルダーとベースを構築し、リモートコントロール回路を接続し、ディスペンシングアクションをテストします。

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、回転、変換、リンケージメカニズム、自動製品分配、レーザーカット構造設計、および反復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機能的なディスペンサーを設計し、モーター駆動のクランクスライダーメカニズムが押し出し運動をどのように作成するかを学習します。

Makerspacesの場合:レーザー切断、バッジデザイン、電子機器、機械アセンブリを組み合わせた高度な教室メカニズム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

バッジ/スタンプツールで丸いお土産メダルをデザインし、アウトラインとカットの準備をします。

ディスク、コネクティングロッド、スライダー、グルーブを使用して、クランクスライダーのメカニズムを作成します。

スライダーの入り口、メダルの出口、固定穴、オープントップの収納構造を備えたメダルホルダーを設計します。

モーター、レシーバー、バッテリー、メダルホルダー、およびメカニズムをサポートするためのベースプレートとブラケットを作成します。

機械システムを組み立て、回路を接続し、メダルをスムーズに分配できるかどうかをテストします。

2.2 STEAMスキル開発

デザイン思考:ビジターサービスのアイデアを、明確なメダルパスと安定した構造を備えた機能的な自動ディスペンサーに変えます。

計算思考:直径、ストローク、穴の間隔、アレイ、アライメント、部品クリアランス、およびボックス寸法を使用して、正確なレーザーカット部品を作成します。

エンジニアリング思考:スライダーの移動、メダルの直径、摩擦、モーターの速度、溝のクリアランス、ファスナーの配置、ベースの安定性、および信頼性の高い調剤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、動力付きメカニズムを注意深くテストする必要があります。操作中は、指、緩いワイヤー、および小さな部品を回転ディスク、コネクティングロッド、スライダー、およびディスペンシングスロットから離してください。

3.実世界のコンテキスト: なぜお土産メダルディスペンサーを作るのですか?

お土産メダルは、遊園地、美術館、学校のイベント、ビジターセンターでよく使用されます。特に多くの訪問者が同時に到着すると、メダルを1つずつ配るのが遅くなる可能性があります。自動ディスペンサーは、プロセスをより魅力的かつ効率的にすることができる。

このプロジェクトでは、クランクスライダメカニズムがTTモーターの円運動を線形運動に変換する方法を探ります。スライダーは、1つのメダルをホルダーから押し出し、格納し、次のメダルを所定の位置に落とすことができます。

お土産メダルディスペンサープロジェクトの紹介 — プロジェクトの課題は、訪問者にお土産のメダルを与えることができる自動ディスペンサーを設計することです。

お土産メダルディスペンサーのコンセプト分析 — ディスペンサーは、メダル、クランクスライダー機構、パワーユニット、メダルホルダー、ベースに分けることができます。

クランクスライダーのメカニズム原理 — クランクスライダー機構は、クランクとスライダーを使用して回転を平行移動に変換します。

4.材料と部品の計画

4.1材料リスト

メダルディスペンサー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、構造材料、ファスナー、および小さな付属品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ギア比	1
4	ワイヤー付き18650バッテリー	2
5	バスウッド合板、40 cm × 60 cm × 3mm	1
6	M3フラットヘッドネジ、M3ナット、M3 × 6シングルパス銅スタンドオフ	いくつか
7	R3080ナイロンリベット	2
8	ケーブルタイ	2

お土産メダルディスペンサー材料と電子部品 — このプロジェクトでは、リモートコントロール部品、高比率のTTモーター、バッテリー、合板、ネジ、リベット、スタンドオフ、ケーブルタイを使用しています。

4.2構造部品リスト

レーザーカット構造は、お土産メダル、クランクスライダー機構、パワーユニット、メダルホルダー、ベースの5つの主要部分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	お土産メダル	10	分配されるアイテム
2	クランク-スライダーメカニズム	1	お土産メダルを押し出す
3	パワーユニット	1	クランクスライダーのメカニズムに力を提供します
4	メダルホルダー	1	お土産メダルを保管
5	ベース	1	コンポーネントを固定して安定させる

お土産メダルディスペンサー構造部品概要 — メダルディスペンサーは、ストレージ、モーション、パワー、サポート構造を備えた機能メカニズムとして計画されています。

5.レッスン手順

5.1お土産メダルのデザイン

一般的なお土産メダルは丸いので、このレッスンは円形のメダルデザインから始まります。 LaserMakerを開き、 [作成] を選択し、 [バッジ/スタンプ] を選択します。ソースワークフローでは、最初のバッジはスケールダウンする前に60 mmの外径と42 mmの内径を使用しています。

メダルの周りに円形のテキストと中央のテキストを追加します。ソースワークフローでは、「お土産メダル」や「OSROBOT」などのサンプルテキストを使用します。バッジが生成されたら、メダルのデザイン全体のサイズを40mm × 40 mmに変更します。

お土産メダルのバッジとスタンプの設定 — バッジ/スタンプツールで最初のメダルを作成します。

サイズ変更されたお土産メダルデザインが完成 — 完成したメダルを40 mm x 40 mmにサイズ変更します。

メダルが切り取られるように、外側のメダルサークルを黒いカッティングレイヤーに設定します。内側のグラフィックとテキストを赤いアウトライニングレイヤーに設定して、それらが切り抜かずに表面にマークされるようにします。次に、長方形の配列を使用して、水平に5個、垂直に2個、1 mm間隔で配置された10個のメダルを作成します。

長方形の配列で10個のお土産メダルを作成する — 長方形の配列を使用して、生産用のメダルデザインを複製します。

5.2クランクを描く-スライダーメカニズム

5.2.1 TTモーターのグラフィックを準備する

クランクスライダー機構はTTモーターによって動かされます。モーターがディスクを駆動し、ディスクがコネクティングロッドを駆動し、コネクティングロッドがスライダーを前後に押します。

クランクスライダーのメカニズム図 — クランクスライダー機構は、ディスク、コネクティングロッド、スライダー、および溝を含む。

Open-Source Robot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。ソースワークフローでは、スペースを節約するためにモーターシャフトを左に向ける必要があるため、モーターグラフィックは水平方向に反転し、グループ化されてからさらに設計作業が行われます。

LaserMakerでのTT Motorグラフィックの追加 — TT Motorグラフィックを追加します。

TTモーターシャフトのオリエンテーションの参照 — モーターシャフトの向きを確認してください。

スペース節約のためのTTモーター位置比較 — 宇宙計画のためにモーターシャフトの位置を比較します。

TT Motorグラフィックの反転とグループ化 — モーターグラフィックを反転してグループ化します。

5.2.2ディスクと接続穴を引く

ソースワークフローでは、長いクランクの代わりにディスクを使用して、メカニズムをよりスムーズに実行します。各メダルの直径は40 mmであるため、接続点のモーション直径は40 mmを超える必要があります。ソースワークフローでは、ディスクの直径を70 mmに設定します。

ディスクに70mmの円を描きます。位置基準として10 mmの円を描き、それをディスクと中心合わせ、それを使用してディスクの中心をTTモーターシャフトの位置に合わせます。

70 mmクランクディスクの計画 — メダルの直径とスライダーの移動に基づいて70 mmディスクを計画します。

TTモーターシャフトとディスクを整列させる — 位置決め円を使用して、ディスクをモーターシャフトに合わせます。

ディスクはR3080ナイロンリベットでコネクティングロッドに接続するため、ディスクにはエッジ近くに3 mmの接続穴が必要です。ソースワークフローでは、内壁の間に60 mmの間隔で2つの3 mmの穴が引かれ、ディスクの中心に位置合わせされます。

クランクスライダー機構のディスク接続穴計画 — クランクスライダーストローク用のディスク接続穴を計画します。

穴の間隔と穴のピッチの説明 — 図面の前に穴の間隔と穴のピッチを確認してください。

5.2.3コネクティングロッドを引き、そのストロークをチェックする

コネクティングロッドはディスクとスライダーをリンクします。スライダーがディスクと衝突するのを防ぐために、ソースワークフローはコネクティングロッドの穴の間隔をディスクの直径よりも大きい74mmに設定します。

74 mmの間隔で2つの3 mmの穴を引きます。次に、角の半径が4mmの90mm × 12mmの丸い長方形を描きます。丸みを帯びた長方形の内側の穴を中央に合わせ、ロッドをグループ化します。

クランクスライダー機構におけるコネクティングロッドの位置 — コネクティングロッドはディスクとスライダーをリンクします。

完成したコネクティングロッドデザイン — 2つの3mm穴でコネクティングロッドを描きます。

ストロークを理解するには、コネクティングロッドの左の穴をディスクの左端と右端の穴に合わせます。これらの2つの位置は、スライダーの動きの限界を示し、次の部分を決定するのに役立ちます。

コネクティングロッドストローク計画 — コネクティングロッドのストロークを計画します。

最も左の位置に接続ロッド — 左のコネクティングロッドの位置を確認してください。

最も右の位置に接続ロッド — 右のコネクティングロッドの位置を確認してください。

5.2.4リセスカバー、メダルホルダーの位置、スライダーを計画する

溝はスライダーの経路を制限し、凹部カバーはスライダーが溝から離れるのを防ぐのに役立ちます。メダルホルダーは、スライダーがメダルをホルダーから押し出すことができるように、リセスカバーの右側に配置されています。

リセスカバーとメダルホルダーの計画 — くぼみカバーとメダルホルダーの位置を計画します。

コネクティングロッドとリセスカバーの間のクリアランス — コネクティングロッドがカバーと衝突しないようにクリアランスを残します。

メカニズム計画中のTTモーターのグラフィック参照 — レイアウト計画中にモーターグラフィックを参照として使用します。

メダルディスペンサーのためのTTモーター方向の参照 — ディスペンサーのレイアウトでモーターの向きを確認します。

ディスク凹部カバーとメダルホルダー投影の位置合わせ — ディスク、リセスカバー、メダルホルダーの突起を揃えます。

スライダーは、リニアプッシュアクションを実行します。角の半径が4mmの80mm × 12mmの丸い長方形を描きます。スライダーをコネクティングロッドに接続するための3 mmの穴を描き、それを左側に揃えてから、穴を5 mm右に動かします。

メダルを押すためのスライダーデザイン原理 — スライダーはカバーの下に留まり、メダルを押し出すのに十分な距離まで伸びなければなりません。

両方向の極端でスライダーの位置をテストします。スライダーが最も左の位置にあるとき、その右端は凹所カバーの下に残るべきです。右端の位置にある場合、その右端はメダルホルダーを超えてメダルを押し出すのに十分なだけ伸びる必要があります。

左端の位置にスライダー — スライダーがリセスカバーの下にあることを確認します。

右の位置にスライダー — スライダーがメダルを押し出すことができることを確認します。

5.2.5ディスクガスケットと溝を引く

TTモーターはネジで固定されており、ネジ頭がディスクの回転を妨げる可能性があります。ソースワークフローは、ディスクの下にガスケットを追加して、クリアランスを作成し、ナイロンリベットからの摩擦を減らします。

20 mmの円を描き、ディスクの中心に合わせ、TT穴の位置を使用してガスケットを作成します。

メダルディスペンサーのためのディスクガスケットの目的 — ガスケットはディスクが干渉なしで回転するのを助けます。

ディスクガスケットを描く — TTモーターシャフト穴で20mmガスケットを引きます。

溝はスライダーのパスを制限します。ソースワークフローでは、グルーブとカバーの構造に3層のバスウッドを使用しています。参照形状を描画し、リベットクリアランス用の最初のグルーブレイヤーを作成し、スライダーを直線的に動かし続けるために2番目のグルーブレイヤーを作成します。

最初の溝層クリアランスコンセプト — 第1の溝層は、リベットヘッドのためのスペースを作り出す。

溝とカバーに3 mmのネジ穴を追加して、ベースプレートに固定できるようにします。移動するコネクティングロッドとの干渉を減らすために、ネジ穴を実用的な限り右に配置します。

5.3メダルホルダーを描く

5.3.1オープントップボックスの作成

メダルホルダーはメダルを垂直に保管します。メカニズムのレイアウトに基づいて、ソースワークフローは48mm x 48mmの底部投影を使用し、上部カバーのない48mm x 48mm x 100mmの長方形のボックスを作成します。溝のサイズは12mm、材料の厚さは3mm、レーザー補正は0.1mmです。

メダルホルダーの長方形ボックス設定 — 長方形ボックスツールでオープントップのメダルホルダーを作成します。

5.3.2スライダーのエントリとメダルの出口を描く

スライダーは片側からメダルホルダーに入り、下のメダルを押し出してから引っ込めて、次のメダルが所定の位置に収まるようにします。スライダーのエントリは、スライダー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、エントリの幅は13mm、高さは3.2mmです。

メダル出口は40 mmのメダルよりわずかに大きいべきです。ソースワークフローは、41mm x 4.2mmの長方形と30mm x 5mmの楕円を組み合わせて、湾曲した下部の出口形状を作成し、メダルが簡単に脱落できるようにします。

メダルホルダースライダーエントリーと湾曲出口コンセプト — スライダーのエントリとメダルの出口を計画します。

メダルホルダーのスライダーエントリを描く — スライダーのエントリスロットを描画します。

5.3.3固定穴の追加

メダルホルダーは、ネジとナットでベースプレートに固定されています。長方形の配列を使用して、水平方向のコピー2個、水平方向の間隔22mm、垂直方向の間隔2個、垂直方向の間隔22 mmの4つの3 mm穴を描きます。

メダル参照として40 mmの円を使用して、ネジがメダルに干渉するかどうかを確認します。ソースワークフローでは、ネジの位置がメダルパスをブロックしません。

固定穴に対するメダルクリアランスの確認 — クリアランスを確認するには、40 mmのメダル参照を使用します。

5.4ベースを描く

5.4.1ベースプレートを描く

ベースプレートは、クランクスライダー機構、メダルホルダー、OSROBOTレシーバー、バッテリー、およびTTモーターを固定します。ソースのワークフローでは、ベースプレートの幅は220mm、高さは150mm、角の半径は4mmです。

OSROBOT2コントロールボードグラフィックと18650バッテリーストラップ固定グラフィックをOpen Source Roboticsセクションから追加します。コンポーネントを適切な位置に配置し、移動メカニズムに十分なスペースがあるようにベースサイズとレイアウトを調整します。

お土産メダルディスペンサーベースプレートのレイアウト — ベースプレート、メカニズム、レシーバー、バッテリー位置、メダルホルダーを配置します。

5.4.2ベースモーティスとブラケットを描く

TTモーター、レシーバーボード、およびバッテリーはベースプレートの下に固定されているため、ソースワークフローはダブルブラケットサポート構造を使用しています。 130mmの垂直間隔でベースプレートに2つの50mm x 3mmのモルティスを描画します。

ダブルブラケットベース構造コンセプト — 下のコンポーネントが地面に触れないように、ブラケットがベースを持ち上げます。

描画ベースプレートmortises — ベースブラケットのmortisesを作成します。

各ブラケットに、220mm x 30mmの長方形を描き、50.5mm x 3mmのテロンを追加します。余分な0.5mmは、ソースワークフローでレーザー補償を説明するのに役立ちます。テノールをブラケットに合わせ、Unionを使用して形状をマージし、ブラケットを複製します。

ベースサポートブラケットを描く — ベースプレート用の2つのサポートブラケットを描きます。

5.5最終的な生産レイアウトを整理する

メダル、クランクスライダー機構、溝、メダルホルダー、ベースプレート、ブラケットが完成したら、レーザー切断用の部品を配置します。必要に応じて、グループ化されたデザインスケッチのグループを解除し、最終的な生産部品をコピーし、正しいレイヤーを割り当て、最終的なレイアウトを準備します。

お土産メダルディスペンサードラフトデザインのレイアウト — ドラフトデザインのレイアウトを確認します。

最終的なお土産メダルディスペンサー制作図面 — 最終的なプロダクション図面を準備します。

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

メダルディスペンサープロジェクトは、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。

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、Outliningを選択し、切断深さを0.10mm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Basswood合板を選択し、切断を選択し、切断深さを3.00mm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。

7.配線とアセンブリ

レーザー加工後、組み立て前にすべての切断部品を特定します。小さなリベット、ネジ、ナット、スペーサー、ブラケットを整理して、生徒が正しい順序でメカニズムを組み立てることができるようにします。

完成したレーザーカットのお土産メダルディスペンサー部品 — アウトラインとカットの後に完成したレーザーカット部品。

7.1回路配線

ディスペンサーを起動するには、配線図に従って回路を接続します。 TTモーター、バッテリー、レシーバー、およびリモートコントロールコンポーネントが連携して、クランクスライダーメカニズムを駆動します。

お土産メダルディスペンサー回路図 — 配線図を使用して、モーター、レシーバー、およびバッテリー電源を接続します。

7.2構造アセンブリ

まず、ベースプレートとメダルホルダーボックスの部品を見つけます。メダルホルダーボックスの底をネジとナットでベースプレートに固定し、ホルダーの前面、背面、左右を組み立てます。

次に、溝関連の部品を見つけてベースプレートに固定します。これらの部品はスライダーを導き、モーションパスをまっすぐに保つのを助けます。

メダルホルダーと溝部品の組み立て — メダルホルダーと溝構造をベースプレートに組み立てます。

TTモーターとクランクスライダーのメカニズムコンポーネントを見つけます。 TTモーターをネジとナットでベースプレートに固定し、スペーサーをTTモーターシャフトに取り付けます。

TTモーターとスペーサーの取り付け — TTモーターとシャフトスペーサーを取り付けます。

R3080ナイロンリベットを使用して、コネクティングロッドとスライダーをディスクに組み立てます。クランクスライダー機構をTTモーターと溝に取り付けて、スライダーがガイド付きパスに沿って移動できるようにします。

バッテリーをケーブルタイでベースプレートに固定します。次に、銅のスタンドオフ、ネジ、ナットを使用してOSROBOT2コントロールボードを取り付けます。最後に、構造を持ち上げて安定させるためにベースブラケットを取り付けます。

バッテリーとクランクスライダーのメカニズムを取り付ける — メカニズムを取り付け、バッテリーを固定します。

レシーバーボードとベースブラケットの取り付け — レシーバーボードとサポートブラケットを取り付けます。

組み立て後、コントロールパネルをオンにし、リモコンをバッテリーモードに切り替え、リモコンシステムをペアリングし、ディスペンサーが出口スロットからメダルを押し出すことができるかどうかをテストします。

8.テスト、デバッグ、および改善

ベースプレートや溝の部分を削ることなく、ディスクがスムーズに回転するかどうかを確認します。

コネクティングロッドとスライダーがフルストロークで自由に動くかどうかをテストします。

メダルホルダーの出口が、メダルが動けなくなることなく離れるのに十分な大きさであることを確認します。

モデルを実行する前に、ネジ、ナット、リベット、ケーブルタイが安全かどうかを確認してください。

ソースレッスンでは、最後のメダルがジャムする可能性が高いと指摘されているため、最後のメダルが確実に分配されるかどうかを確認してください。

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、学生はリモコンのお土産メダルディスペンサーを完成させます。このプロジェクトでは、バッジのデザイン、機械的リンケージ、スライダーの動き、ボックス構造、レーザーカットメカニズム、自動小分けの実践的な経験を学生に提供します。

完成したお土産メダルディスペンサープロジェクトの概要 — 生徒は、クランクスライダー機構が自動メダルの分配をどのように可能にするかについて考えることができます。

10. Extensionチャレンジ

ソースレッスンでは、最後のメダルが調剤中に動かなくなることがあると述べています。エクステンションチャレンジとして、学生はメダルホルダーの再設計、出口形状の調整、ガイドランプの追加、スライダーの端形状の変更、または信頼性を向上させるためのスプリングアシストフォロワーのテストを行うことができます。

生徒は、メダルの経路と移動メカニズムを機能させながら、テーマ別のフロントパネル、より鮮明な看板、装飾的な表面の輪郭、または透明な表示ウィンドウを追加することで、ディスペンサーの外観を改善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、お土産メダルディスペンサー、クランクスライダーモデル、自動プッシャー、リモートコントロール教室メカニズムなどのプロジェクトを、次のような教室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、学生がより大きな自動ディスペンサーまたはより高度なメカニズム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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