Tornado ferroviario a escala O: 16 pasos

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

Estoy seguro de que todas las personas han visto un Tornado en videos. Pero, ¿ha visto uno operando en animación completa en un modelo de ferrocarril a escala O? Bueno, todavía no lo tenemos instalado en el ferrocarril, porque es parte de un sistema completo de sonido y animación. Pero cuando esté terminado, debería ser una atracción.

Este proyecto lo lleva a través de los pasos para crear una animación operativa a partir de hardware CNC, unidades de motor y controles Arduino.

Paso 1: ¿Cómo se verá esta animación?

Para entender lo que estamos construyendo, se creó un modelo 3D y se produjo una simulación.

Paso 2: construcción del panel básico

Este proyecto consta de un panel de eje Z, un panel de eje X, microcontroladores Arduino, motores paso a paso, unidades de puente H, unidades de micro pasos y el propio Tornado. Lo primero que debe hacer es recopilar la lista de materiales del Panel Básico. Ambos paneles de eje son similares, por lo que el proceso de construcción de un panel es el mismo para el otro panel.

LISTA DE MATERIALES - Obtenido de Banggood. Com/ lumber store

Eje X

· (1) Conjunto de tornillo de avance T8 de 500 mm de largo

· (1) Motor paso a paso de 12 voltios, 200 pasos, 4 hilos, tipo NEMA 17

· (2) Varillas de soporte de 500 mm con soportes de extremo y deslizadores

(1) Final de carrera con cable

(1) Soporte de montaje de motor paso a paso

Base de madera contrachapada de abedul de 1/2 pulgada cortada a 6-1 / 2 x 24 pulgadas

varillas para remover pintura estándar de 1/8 de espesor

tornillos surtidos M3, M4, M5

Paso 3: ensamble las piezas en el panel

El soporte del motor paso a paso es la primera pieza que se monta en un extremo de la base de 1/2 x 6-1 / 2 x 24 pulgadas. Este soporte está montado en la línea central de la base y asegúrese de que esté en escuadra con el borde largo. Monte el motor paso a paso en este soporte e instale el acoplamiento de transmisión. Encontrará que la línea central de la transmisión del motor paso a paso está lo suficientemente alta desde la base, que las carcasas de los cojinetes del tornillo de alimentación deben montarse sobre tablas de madera para nivelar el conjunto. Una pieza de 1/2 de madera contrachapada de abedul es un buen punto de partida. Luego, agregue una tabla de calces que alinee la línea central de las carcasas de los cojinetes del tornillo de alimentación.

Ahora, con una varilla para mezclar pintura, taladre los orificios que coincidan con la brida del tornillo de alimentación y móntelos con tornillos M3 y arandelas de seguridad. Usar Locktite en estas partes ahora evitará que se deshagan más adelante. Ahora enrosque este conjunto en el tornillo de alimentación. Instale un extremo del tornillo de alimentación en la carcasa del cojinete en el extremo del motor paso a paso. Ahora coloque la otra caja del cojinete en el otro extremo de la base, instale el tornillo de alimentación y asegure la caja a la base con las tablas de la tabla y las calzas. ASEGÚRESE de que este conjunto esté paralelo al borde de la base.

Ahora coloque las varillas de soporte con sus carcasas de soporte de los extremos sobre las tablas de tablero que se utilizan para soportar las carcasas de los cojinetes. Es fundamental que todas estas partes estén cuadradas y paralelas. Por lo tanto, no monte las piezas en la base hasta que todas las piezas estén dispuestas en la base. En este punto, las varillas para revolver pintura o madera contrachapada de 1/4 funcionan bien y se pueden cortar al ancho deseado y perforar con orificios de montaje para que coincidan con los deslizadores de la varilla de soporte. Ensamble las correas transversales a los deslizadores sin apretar y deslícelas a cada extremo de las varillas de soporte para establecer las carcasas de los extremos de las varillas de soporte en su lugar. Una vez establecidas estas posiciones, atorníllelas en su lugar. En este punto, debe tener la brida del tornillo de alimentación con la barra de pintura intercalada entre los deslizadores.

El último paso es colocar correas de sujeción para los tablones transversales deslizantes. Apriete los controles deslizantes juntos intercalando la varilla para revolver con reborde y atornille las tablas de soporte en su lugar. La varilla para remover pintura ahora se puede cortar al ras con las correas que se acaban de aplicar. Ahora el montaje está completo y permite el movimiento de la brida dentro de los tablones de sujeción. Puede probar este conjunto girando el tornillo de alimentación con la mano para asegurarse de que todo se mueva libremente sin atascamientos.

Paso 4: Instale el interruptor de límite

El interruptor de límite está montado en ambos paneles cerca del extremo del motor. Se utiliza como sensor de posición de inicio para establecer ambos ejes en una posición de inicio cuando la alimentación está conectada al panel de control. El montaje exacto es preferencia del usuario, pero probamos 2 diseños; uno que tenía una paleta colgando del carro para presionar el interruptor, y el otro usaba la varilla de latón con tuerca de brida como punto de contacto. No importa cómo esté montado este interruptor, siempre que el interruptor esté activado ANTES de que el carro llegue al final de su recorrido en el extremo del motor.

Paso 5: Ensamblaje del panel del eje Z

El panel del eje Z es idéntico al panel del eje X, excepto que sustituimos un tornillo de alimentación diferente con un cable de 2 mm para hacer el movimiento más rápido.

(1) Tornillo de alimentación T8 con tuerca de brida de latón y plomo de 2 mm

Todos los demás pasos son los mismos, así que cree este panel ahora.

Paso 6: Ensamble los ejes X y Z juntos

El montaje de los 2 ejes juntos es muy sencillo. Primero agregamos una pieza de 6-1 / 2 x 5 "de madera contrachapada de abedul de 1/2" al ensamblaje del carro del eje X. Luego atornillamos el panel del eje Z en esta placa. La ubicación del eje Z en relación con el eje X es la preferencia del usuario. En nuestro prototipo, colocamos el extremo del motor a unas 8 pulgadas del centro del conjunto del carro del eje X. El panel de control se ubicará debajo del eje X cuando esté montado, por lo que este espacio parecía apropiado. Recuerde que los paneles de los ejes X y Z se han mostrado planos para el ensamblaje, pero cuando se montan en el diseño del ferrocarril modelo, el eje X se coloca a 90 grados con respecto a la superficie del ferrocarril.

Paso 7: Construyendo el Tornado

Diseño Tornado

El tornado se construirá con un motor de 12vdc, una clavija de madera de ¼”, un acoplador flexible para la conexión del motor al eje y será controlado por un controlador de motor de puente L298N H accionado por Arduino.

Este es el conjunto del motor: motor de caja de cambios de 12 vdc 25 rpm

El embudo se encuentra en las tiendas de artesanía. Usamos láminas de guata delgadas de Walmart.

El embudo requerirá un poco de trabajo artístico para obtener el aspecto que desea. La parte más importante es diseñar y construir el conjunto del carro del eje Z para acomodar el motor y el acoplamiento. La altura del carro determinará el diámetro máximo del embudo. Siempre que desee cambiar el embudo, es solo cuestión de quitar la varilla del acoplamiento. Esto se puede hacer en cualquier momento una vez instalado el sistema. Entonces, si desea experimentar con diferentes embudos, es fácil de hacer.

Pero en este punto del proceso de construcción, simplemente determine la altura sobre el carro y construya un soporte de motor para soportar el motor y la caja de cambios. Hay un soporte de montaje fabricado comercialmente: Montaje del motor

El tiempo de espera para obtener el soporte de metal era demasiado largo, por lo que decidimos construir una disposición de montaje para el conjunto de transmisión Tornado Rotation con pequeños trozos de madera. En estas fotos, el soporte está diseñado para despejar una parte superior de la nube de embudo de 5 pulgadas de diámetro. en el caso de que esta disposición no sea satisfactoria, montamos el conjunto en las correas de sujeción del carro. Si esta disposición no se ajusta a nuestras necesidades por alguna razón, el conjunto se puede quitar con solo 4 tornillos de cabeza Allen.

Las conexiones del motor son pequeñas y frágiles, por lo que los cables están soldados al motor y usamos tornillos y arandelas para asegurar los cables. El arnés de viaje estará soldado a esta conexión.

Paso 8: controlar la animación

Ahora que hemos construido los paneles de 2 ejes y los hemos montado juntos, ¿cómo hacemos que funcione esta animación? El video es una actualización de las pruebas realizadas durante la construcción del sistema prototipo. Entonces, ¿cómo hicimos esta animación? La respuesta es que usamos 2 microcontroladores Arduino para controlar la acción. Los siguientes pasos detallarán la construcción del panel de control, el equipo utilizado, los diagramas de cableado y el código de programación.

Paso 9: uso de microcontroladores Arduino para animar el movimiento

Diseño de movimiento de tornado

Para controlar el Tornado, primero definimos cómo queremos que funcione:

1. Encienda el motor para la rotación Tornado.

2. Inicie el movimiento del eje Z con un motor paso a paso que impulsa un tornillo de alimentación verticalmente hacia abajo. Esto mueve el Tornado giratorio hacia abajo desde su posición oculta hasta la superficie de la mesa.

3. Inicie el movimiento del eje X con un motor paso a paso que acciona un tornillo de avance y una plataforma. Esto moverá el tornado de derecha a izquierda en toda la distancia del tornillo de alimentación.

4. Encienda el motor paso a paso del eje Z para elevar el Tornado giratorio de regreso a la parte superior fuera de la vista. Apague la alimentación del motor paso a paso del eje Z.

5. Encienda el motor paso a paso del eje X para volver a la posición de inicio correcta. Apague la alimentación del motor paso a paso del eje X.

6. Apague la alimentación del motor Tornado giratorio.

Básicamente, estamos creando una máquina fresadora CNC de 2 ejes. La rotación Tornado es el enrutador y los otros 2 ejes son para el movimiento horizontal y vertical. Para lograr esto, necesitaremos usar 1 Arduino MEGA (llamado "CONTROLADOR DE MOVIMIENTO") programado para operar (2) tarjetas de controlador TB6600 Micro Stepper para controlar 2 motores paso a paso. También usaremos 1 Arduino UNO (llamado "CONTROLADOR MAESTRO") para controlar la rotación del Tornado e iniciar el CONTROLADOR DE MOVIMIENTO. El control del sistema se proporcionará mediante un interruptor de encendido / apagado para la alimentación de 12 voltios CC del sistema. Se ubicará un interruptor momentáneo cerca de la posición Tornado en el diseño para iniciar un circuito de relé de potencia de enclavamiento. Este control de interruptor momentáneo encenderá el sistema y el CONTROLADOR MAESTRO se encenderá, y el motor de CC accionado por engranajes comenzará a girar el Tornado y luego proporcionará energía al CONTROLADOR DE MOVIMIENTO para la secuencia de movimiento.

Paso 10: Equipo necesario para el panel de control

Lista de materiales del sistema de control

(1) Arduino UNO y (1) Microcontroladores Arduino Mega

(1) Placa modular puente L298N Módulo H para accionamiento Tornado ·

(2) Tarjetas de controlador de micro paso de motor paso a paso TB6600 para panel de eje Z y X

(1) Fuente de alimentación de 12 voltios CC

(1) Interruptor de palanca SPDT montado en panel

(2) relé de 5 voltios CC para Arduino ·

Cableado misceláneo con un LED verde y resistencias

Tiras de terminales

Montaje de placas y hardware

Paso 11: Montaje del equipo en un panel de control

Primero seleccione un material del Panel de control. Usamos una pieza de madera contrachapada de madera dura de 1/4 de pulgada de grosor. Comenzamos con una pieza de 2 pies por 2 pies para organizar el equipo. No hay ningún secreto para este panel, simplemente monte todo en un lugar que permita tramos cortos de cables y accesibilidad para energía de 12 voltios, cables del motor y cableado del interruptor de límite desde los paneles Axis.

Paso 12: Cableado del equipo del controlador maestro

El esquema que se muestra para el controlador maestro puede no ser totalmente exacto debido a la falta de bibliotecas de piezas para el módulo L298N y el relé controlado por señal de 5 voltios. El resto del circuito es preciso para las conexiones al Arduino Uno y al Arduino Mega.

Para un cableado preciso del L298N, debemos consultar la imagen que muestra las conexiones de cables con los números de terminal que se muestran. La segunda imagen muestra solo los terminales utilizados en este proyecto.

Para un cableado preciso del relé de 5 voltios para Arduino, debemos consultar esa imagen de arriba.

En caso de duda, consulte siempre el IDE de Arduino para el controlador maestro para conocer las conexiones de los pines.

Paso 13: Cableado del controlador de movimiento

El Arduino Mega se utiliza como controlador de movimiento. Conecta los micro accionamientos paso a paso y los motores paso a paso. La conexión Vin no se muestra ya que se muestra en el esquema del controlador maestro.

Paso 14: Circuito de enclavamiento de alimentación del sistema

Para controlar la energía al sistema y permitir el apagado automático cuando se completa la animación, se emplea un circuito de enclavamiento con un interruptor momentáneo a través de los contactos del relé NO de 12 voltios de energía. El relé de 5 voltios controlado por las señales de Arduino bloquea el circuito. Cuando la señal pasa a BAJA, el sistema se apaga. Se utiliza un LED separado para mostrar que el sistema está bloqueado.

Paso 15: Código Arduino

Dado que este no es un Instructable sobre cómo escribir código Arduino, hemos adjuntado los archivos Master y Movement para su visualización y / o descarga.

Paso 16: construcción del marco de montaje

El marco de soporte del sistema está construido con madera simple. Es un soporte de 3 patas que tiene el panel X-Axis adjunto para establecer la ubicación adecuada para el Tornado en la superficie de diseño. El panel de control está montado detrás del panel del eje X para permitir el libre movimiento del panel del eje Z móvil. Todo el conjunto puede fijarse a la pared o dejarse libre para quitarlo fácilmente si es necesario.