Word Clock controlado por 114 servos: 14 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

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¿Qué tiene 114 LED y está siempre funcionando? Como sabrá, la respuesta es un reloj de palabras. ¿Qué tiene 114 LED + 114 servos y siempre está en movimiento? La respuesta es este reloj de palabras servocontrolado.

Para este proyecto me asocié con un amigo mío que resultó ser imprescindible debido al gran esfuerzo de esta construcción. Además, mis habilidades electrónicas y mecánicas se complementaban bastante bien. La idea de esta adaptación del popular word clock se nos ocurrió mientras hacíamos uno regular como regalo de navidad. Allí, notamos que también es posible proyectar las letras del reverso en una hoja de papel blanca. En ese momento, esto era solo una solución alternativa para ocultar nuestra artesanía de mierda, ya que terminamos con un montón de burbujas mientras colocamos una pegatina de vinilo con las letras en la parte posterior de una placa de vidrio. Entonces notamos que se pueden lograr efectos interesantes al doblar la hoja de papel ya que las letras cambian de tamaño y se vuelven borrosas. Esto nos hizo pensar en la idea de hacer un reloj de palabras donde las letras se proyectan desde atrás en una pantalla y se pueden mover hacia adelante y hacia atrás para cambiar el tamaño de la imagen proyectada. Al principio, estábamos un poco reacios a construir este proyecto debido a los costos y el esfuerzo que requiere cuando se desea mover cada una de las 114 letras individualmente. Así que nos lanzamos con la idea de hacer una versión en la que cada palabra que se usa para mostrar la hora se pueda mover hacia adelante y hacia atrás. Sin embargo, después de ver que el concurso Epilog se acercaba a Instructables pidiendo proyectos épicos, y también después de encontrar servomotores relativamente baratos, decidimos ir hasta el final y hacer una versión adecuada donde cada letra es controlada individualmente por un servo.

ATENCIÓN: ¡Esta no es una construcción de un día!

Para darle una idea sobre el esfuerzo que estuvo involucrado en este proyecto, considere los siguientes números. El reloj terminado contiene

• 798 modelos impresos en 3D individuales (tiempo total de impresión ~ 200 horas)
• ~ 600 tornillos + ~ 250 tuercas y arandelas
• ~ 500 cables (longitud total ~ 50 m). Sin contar los cables que ya estaban conectados a los servos.

Paso 1: diseño

El reloj fue diseñado con Autodesk Fusion 360 e Inventor. Como puede ver, el reloj consta de 114 buzones que se mueven mediante actuadores lineales que a su vez son accionados por servomotores. Cada buzón contiene un LED que proyecta la letra en la parte posterior de una pantalla de lámina de PVC blanca. Todos los componentes están alojados en un marco de madera.

Paso 2: Recopilación de materiales

Componentes electrónicos

114x micro servomotores SG90 (ebay.de)

Aunque los servos fueron etiquetados con el nombre de la popular marca "Tower Pro", sin duda son imitaciones más baratas. Sin embargo, como el precio de la imitación es de aproximadamente 1 EUR en comparación con los 3 EUR del original, todo el proyecto es mucho más asequible. Aparentemente, las imitaciones también consumen menos corriente (por supuesto, esto también implica menos par), lo que facilita la búsqueda de una fuente de alimentación adecuada para todo el proyecto.

• Tira de LED WS2812B de 5 m, 60 LED / m (ebay.de)
• 8x 16 Ch PWM servocontrolador PCA9685 (ebay.de)
• Módulo RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino nano (ebay.de)
• Receptor IR + mando a distancia VS1838B (ebay.de)
• Fuente de alimentación de 5 V, 10 A (ebay.de)
• Cable de extensión servo de 20x15 cm (ebay.de)
• cable conector DC a cable desnudo (conrad.de)
• Resistencia de 300-500 ohmios
• Condensador de 1000 µF (> 5 V)

Materiales para marco

• listones de madera
  • 2 piezas 40 x 10 x 497 mm
  • 2 piezas 12 x 12 x 461 mm
  • 2 piezas 12 x 12 x 20 mm

• multicine

  • 2 piezas 12 x 77 x 481 mm
  • 2 piezas 12 x 84 x 489 mm
• lámina de PVC blanca (700 x 1000 x 0,3 mm) (modulor.de)
• Placa HDF de 500 x 500 mm, 3 mm de grosor

Tornillos, cables, etc

• 228x tornillos M2, 8 mm de largo + arandelas + tuercas hexagonales
• 228x tornillos autorroscantes M2.2, 6.5 mm de largo
• varios tornillos para madera
• 50 m, cable de 0,22 mm2 (24 AWG)

Además, este proyecto requirió una gran cantidad de impresión y soldadura 3D. La placa trasera se produjo mediante corte por láser. El marco se construyó con una sierra circular, una sierra de calar y un taladro. Como para cada proyecto decente, también usamos mucho pegamento caliente, también algo de epoxi y pegamento plástico.

Los costes totales de este proyecto ascendieron a unos 350 EUR.

Paso 3: Componentes impresos en 3D

Buzones

Cada buzón consta de una cubierta impresa en 3D que actúa como máscara de sombra y una placa base sobre la que se colocará un LED. La placa base incluye cuatro pasadores para ayudar a la alineación en el actuador y seis orificios para pasar los cables LED. En total, esto hace 228 modelos que se imprimieron en PLA negro (Formfutura EasyFill PLA) con una altura de capa de 0,4 mm. El tiempo total de impresión en mi Anycubic Kossel Linear Plus fue de aproximadamente 23 horas para las cubiertas de las cartas y 10 horas para las placas base. Todos los archivos stl se pueden encontrar en el archivo zip adjunto.

Actuadores

El diseño del actuador fue adaptado del Linear Servo Extender de Roger Rabbit, que resultó muy útil. Dado que las piezas encajan perfectamente, deben imprimirse en una impresora 3D decente. La altura de capa pequeña no es tan importante (0,2 mm está bien) como un diámetro de boquilla pequeño (recomendamos 0,4 mm). Las piezas deben imprimirse en la orientación que se muestra. Cada actuador consta de 5 partes individuales, ya que necesitábamos 114 actuadores, esto significa 570 partes (!) En total. Para imprimirlos utilizamos la potencia combinada de varias impresoras 3D profesionales (Ultimaker S2 +, Ultimaker S5, Lulzbot TAZ6, Sindoh 3D Wox DP200). Aún así, teníamos muchas impresiones fallidas en las partes e incluí algunas imágenes para su diversión. El tiempo total de impresión fue de aproximadamente 150 horas (!). Nuevamente, los archivos stl se pueden encontrar en el archivo zip adjunto.

Paso 4: construcción del marco

El marco se construyó con listones de madera y tablero multiplex. Las piezas se cortaron con una sierra circular y una sierra de calar y luego se unieron con pegamento para madera y tornillos para madera. La cubierta superior e inferior también se tiñó para darle un aspecto más agradable. En los dibujos adjuntos se puede encontrar una descripción detallada de las piezas, incluidas todas las dimensiones.

Paso 5: Montaje de los buzones

Montar los buzones fue mucho trabajo y tomó mucho tiempo, especialmente la soldadura. Esto se debe a que cada paso que dé debe repetirse 114 veces.

1. Corta 114 piezas individuales de la tira de LED
2. Estañe todas las almohadillas LED
3. Conecte cada LED a la placa posterior impresa en 3D de un buzón. El LED debe estar centrado. También lo aseguramos con pegamento termofusible.
4. A continuación, preparamos 3x114 = 442 cables, es decir, cortándolos a medida, pelando los extremos y estañándolos. La longitud de cada cable era de 10 cm cada uno, excepto los cables que conectan la última letra con los puntos, que deben ser más largos (~ 25 cm). Además, los cables conectados a la primera letra que se conectarán al arduino y la fuente de alimentación deberían ser más largos.
5. LED de cadena Diasy mediante cables. Los cables se alimentan a través de los orificios de la placa posterior impresa en 3D de cada buzón.
6. La portada del buzón estaba pegada con pegamento.
7. Las partes del bastidor lineal para el actuador deben pegarse juntas
8. El estante lineal se fija a la parte posterior del buzón con pegamento.

Paso 6: Montaje de los actuadores

Volver a montar los actuadores fue un procedimiento muy tedioso que llevó mucho tiempo.

1. Conecte el servo a la carcasa impresa en 3D con los tornillos incluidos
2. El engranaje redondo se une al servo usando la cruz de plástico incluida, pero primero se debe cortar la cruz para darle forma y unirla al engranaje con epoxi.
3. Conecte el engranaje al servo con el tornillo incluido
4. Antes de insertar el bastidor lineal, cada servo se puso a cero en la misma posición
5. Inserción de la estantería lineal con el buzón
6. Insertar dos tuercas hexagonales M2 en la carcasa impresa en 3D que se utilizarán para unirla a la placa posterior más adelante
7. Cierre la carcasa con la cubierta impresa en 3D con los tornillos autorroscantes M2.2

Al final, terminamos con un gran lío de actuadores encadenados como se muestra en la imagen de arriba.

Paso 7: hacer la placa posterior

La placa posterior se cortó con láser de madera HDF de 3 mm de espesor utilizando un cortador láser de CO2 de nuestro espacio de fabricantes local. Al principio probamos el contrachapado, pero resultó ser demasiado endeble para soportar el peso de todos los componentes. Hubiera sido incluso mejor utilizar aluminio en este caso, pero, por supuesto, es más caro y no se puede cortar con un láser de CO2. Se adjunta el archivo dxf de la placa posterior.

Paso 8: conecte los componentes a la placa posterior y al cableado

Al principio, las placas PCA9685 deben conectarse a la placa posterior mediante separadores de PCB. Luego, el módulo Arduino nano y RTC se puede colocar como se muestra en la imagen de arriba. Para los dos últimos, utilizamos soportes impresos en 3D que se unieron con pegamento caliente. Los componentes se conectaron como se muestra en el diagrama de cableado. Tenga en cuenta que es mejor alimentar cada PCA9685 por separado a través del bloque de terminales. Al principio conectamos en cadena también los conectores V + y GND y conectamos solo el bloque de terminales de la primera placa (como se sugiere en la página de adafruit), sin embargo, en este caso toda la corriente pasa por la primera placa y terminamos quemando el MOSFET del circuito de protección inversa. También se adjunta una hoja de cálculo que muestra el cableado de los servos. Cables de extensión para los servos donde se utilizan siempre que sea necesario. Tenga en cuenta que debe asignar diferentes direcciones I2C a cada PCA9685 como se explica en la página de adafruit.

Luego, los actuadores se fijaron a la placa posterior con tornillos 228x M2. El trabajo volvió a ser muy monótono pero una vez terminado el reloj ya empezaba a tomar forma. También intentamos organizar los cables de los servos lo mejor posible, pero al final el cableado seguía siendo muy desordenado.

La energía se suministró pasando el cable de CC a través de la placa posterior y conectándolo a un bloque de terminales.

Paso 9: Fijación de la placa posterior al marco

Una vez que se montaron todos los componentes y se organizaron los cables, unimos la placa posterior al marco con 6 tornillos M4. Desafortunadamente, dejamos muy poco espacio para que encajaran todos los cables, por lo que hubo que apretarlos un poco.

Paso 10: Calibración de los servos

Dado que la altura de todos los buzones fue ligeramente diferente después del montaje, usamos el código adjunto para calibrar todos los servos de modo que los buzones tengan las mismas posiciones mínima y máxima. Para la posición máxima intentamos colocar el buzón lo más cerca posible de la pantalla. Las posiciones mínimas / máximas calibradas para cada servo se ingresan luego en el código principal.

Paso 11: carga del código

Se adjunta el código principal del word clock. Hay tres tipos de efectos para mostrar la hora.

1. Mueva rápidamente todas las letras hacia atrás (una tras otra) y encienda los LED con el mismo color aleatorio. Luego, mueva rápidamente las letras que muestran la hora al frente una tras otra e ilumine cada palabra en un color aleatorio.
2. Mueva rápidamente todas las letras hacia atrás (una tras otra) y encienda los LED con el mismo color aleatorio. Mueva lentamente cada palabra que muestra la hora al frente (todas las letras simultáneamente) y difumine el color del color de fondo a un valor aleatorio.
3. Mueva rápidamente todas las letras a una posición aleatoria (una tras otra) y encienda los LED con diferentes colores aleatorios. Luego, mueva lentamente todas las letras hacia atrás y desvanezca el color. Continúe con 1. o 2.

También quería implementar un efecto en el que el punto que muestra el minuto actual se mueva gradualmente hacia adelante y se desvanezca el color para que esté en la posición frontal con el color correcto cuando termine el minuto. Desafortunadamente, todavía no lo hice funcionar porque parece que el receptor de infrarrojos no responde.

Paso 12: Colocación de la pantalla

Al principio queríamos usar tela blanca como pantalla. El problema fue que después de colocarlo en el marco, la tela se dobló en el centro y terminamos con una distorsión en acerico. Entonces decidimos usar una fina lámina de PVC blanca para la pantalla. La lámina también se anuncia para hacer pantallas de lámparas, por lo que tiene una transmisión razonable, pero no es transparente, por lo que los buzones negros permanecen ocultos. En nuestra primera prueba, unimos la lámina con epoxi, pero no se adhirió demasiado bien, por lo que cambiamos a pegamento caliente. Sin embargo, tenga cuidado de que si el pegamento está demasiado caliente, puede derretir el papel de aluminio. El exceso de papel de aluminio se eliminó con un cuchillo exacto.

Paso 13: Colocación de la cubierta superior e inferior

Finalmente, las cubiertas de madera teñida se colocaron en la parte superior e inferior. El color oscuro contrasta agradablemente con la pantalla blanca. El receptor de infrarrojos se introdujo a través del orificio en la placa posterior y se fijó a la cubierta superior con pegamento caliente.

Paso 14: Reloj terminado y resumen

Después de dos meses de trabajo intensivo, el reloj finalmente estaba terminado y funcionando. En general, estamos muy contentos con el resultado. Mover las letras detrás de la pantalla junto con el cambio de colores de los LED produce efectos muy atractivos. Al final, las letras no se alinearon perfectamente y la pantalla no era 100% plana, pero esto casi hace que se vea aún mejor. Ciertamente hay cosas que se pueden mejorar, pero no creo que haya una versión 2.0 debido al esfuerzo monumental de esta construcción, a menos que la próxima vez subcontratemos la producción a China.

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Primer premio en el concurso Epilog X