Model d'elevador controlat per Arduino: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

En aquest instructiu us mostraré com he construït un ascensor de joguina de dos nivells, amb portes corredisses que funcionen i un cotxe que es mou amunt i avall segons la demanda.

El cor de l’ascensor és un Arduino Uno (o en aquest cas un Adafruit Metro), amb l’Adafruit Motor Shield instal·lat a sobre. L’escut facilita la conducció dels dos servos necessaris per obrir i tancar les portes i el motor pas a pas que fa pujar i baixar el cotxe.

L’estructura real és realment la part més fàcil i es pot fer de la manera que vulgueu. El més complicat és aconseguir que tot s’adapti a dins i assegurar-se que les coses estiguin alineades correctament.

Així que, dit això, anem-hi!

Subministraments

• Arduino Uno (o equivalent)
• Adafruit Motor Shield
• Tauler de perf
• Capçaleres per a Arduino i shield
• Servos de rotació contínua (2)
• Motor pas a pas NEMA 17
• Muntatge de motor pas a pas
• Taulers de fibra de densitat mitjana (MDF) de 1/2 "i 1/4"
• Làmines d'alumini
• Barra d'alumini
• Varetes d'alumini
• Canal d'alumini en U
• Vareta d’acer
• Tub de PVC (1/8 "i 1/4")
• Cinturó de distribució de 10 mm
• Politges de 10 mm
• pistola de cola calenta
• cargols
• fulls de plexiglàs
• Mostres de paviments
• Cinta adhesiva
• Filferros
• Botons amunt / avall
• Micro interruptors
• Gran actuador lineal: els plans són aquí

Pas 1: Les portes

El primer problema que vaig decidir abordar van ser les portes. Les portes havien de moure’s endavant i endarrere i estar assegurades a la part inferior i superior perquè no flaptessin.

Vaig acabar amb canals en U d’alumini, que normalment s’utilitzen com a vora per a taulers, al llarg de la part inferior per mantenir les portes encarrilades. La part superior era una mica més complicada. Vaig trobar en línia plans impresos en 3D per a un actuador lineal i vaig pensar que serien ideals per tancar la porta i obrir-la. Vaig fer les portes amb petits panells de MDF i vaig embolicar unes xapes d’alumini al voltant del panell per donar-li un aspecte metàl·lic. (veure fotos)

Vaig posar una barra d’acer a la part superior de la porta i vaig enganxar en calent un tros de tub de PVC a la part superior del panell de la porta. La vareta s’adaptava a l’interior de la canonada i permetia que la porta viatgés lliurement d’anada i tornada, mentre que la vuitena polzada inferior de la porta estava dins del canal en U per mantenir-la recta.

Vaig col·locar l’actuador lineal per sobre de la vareta d’acer i vaig utilitzar més canonada de pvc i més cola calenta perquè l’actuador pogués moure la porta. L'actuador lineal està dissenyat al voltant d'un servomotor de la mida d'un hobby, de manera que hi he afegit.

Pas 2: l'estructura

Primer vaig fer un esbós aproximat de com volia que fos l’ascensor. Havia de tenir 2 plantes, amb un cotxe que pujava i baixava i portes que s’obrien a cada pis. El producte final es va desviar de l’esbós inicial, però està bé.

A continuació, vaig construir l’estructura a partir de taulers de fibra de densitat mitjana (MDF), vaig mesurar els pisos i les obertures de les portes i vaig retallar les formes amb una serra de trencaclosques i una serra de forat. La base i la part superior són una mica més grans que l’edifici per donar-li certa estabilitat i atractiu visual. L’estructura només té 3 costats, ja que vaig decidir deixar la part posterior oberta per poder mirar cap a dins.

Les peces laterals mesuren 24 polzades d’alçada i 12 polzades d’amplada i la part superior i inferior de 15 polzades quadrades, totes formades per panells de MDF de 1/2 . Les portes fan 6 polzades d’alçada i uns 4 polzades d’amplada. Assegureu-vos de deixar prou espai perquè la porta quedi amagada al costat quan estigui oberta.

També he afegit una petita cornisa d'aterratge per a l'exterior del segon pis.

També he fet un forat de 2 a cada porta per a una finestra o un indicador de terra, forats per als botons de trucada al costat de cada porta i un petit forat per a un LED a sobre de cada obertura de la porta (que no he acabat fent servir)

Vaig pintar el conjunt d’un color blau metàl·lic.

Pas 3: el cotxe

El cotxe de l’ascensor estava fet de MDF i un tros de plexiglàs a la part posterior, de manera que podeu veure els cotxes Matchbox o els nois de Lego que heu posat a l’ascensor. El cotxe en si és una caixa senzilla, res massa elegant. El vaig pintar i vaig posar algunes postals a dins com a pòsters. Va resultar una mica pesat, de manera que no estava segur de com el motor l'aixecaria amb el meu pla original. Hi tornarem.

El més difícil del cotxe era com aixecar-lo i evitar que es giri. Fent servir el mètode provat i autèntic de cola calenta i pvc (també hi tornaré, no em deixeu oblidar), vaig posar quatre barres d’alumini que anaven de dalt a baix de l’estructura i les vaig alinear amb el cotxe i la canonada que vaig enganxar a cada cantonada. Això va mantenir l’ascensor al seu lloc mentre pujava i baixava.

Les peces impreses en 3D van sortir força fora de la paret interior de l'estructura, de manera que vaig haver de deixar el cotxe de l'ascensor a uns quants centímetres de l'obertura de la porta. No volia tenir un munt de cossos a la part inferior de l'eix de l'ascensor de les minifigs de Lego a qui no els "importava l'enorme buit", així que vaig afegir una plataforma curta a la porta, que s'acostava bastant al costat obert del cotxe de l’ascensor, que va solucionar el problema.

Pas 4: motor i contrapès

El següent problema va ser com fer pujar i baixar el cotxe. Vaig comprar un motor pas a pas NEMA-17 (que és de la mida, no de la potència) d’Adafruit i vaig intentar aixecar el cotxe de l’ascensor amb una corda i una bobina impresa en 3D que es fixava a l’eix del pas per a enrotllar la corda.

Això no va funcionar, així que vaig començar a pensar en com funciona un ascensor real, amb un contrapès. D’aquesta manera, el motor no ha d’elevar tot el pes del cotxe, només ha d’iniciar el moviment inicial, que requereix molt menys parell. Vaig aprendre molt sobre el parell en aquest projecte.

De tota manera, la meva idea de contrapès era sòlida i vaig acabar amb un sistema de correa i politges de 10 mm d’amplada, similar al que s’utilitza per construir una impressora 3D. El cotxe pesava aproximadament un quilogram (2 lliures) i es va classificar el motor pas a pas que era capaç d’aixecar 2 quilograms a un centímetre des del centre de l’eix. (Més problemes de parell) Per tant, va ser bo.

Un extrem del cinturó es va fixar a la part superior del cotxe de l’ascensor (mitjançant una placa metàl·lica cargolada) i, després, el cinturó va pujar cap a un engranatge dentat del motor pas a pas, que es va muntar al sostre de l’estructura. El cinturó va passar 90 graus per la part superior de l'estructura fins a una segona politja dentada, que es va fixar a una altra barra d'acer, muntada en mènsules. (veure imatges) A partir d’aquí el cinturó va prendre un altre gir de 90 graus cap avall i es va fixar al contrapès. (Viouslybviament, heu de mesurar-los i col·locar-los amb precisió per evitar tensions addicionals al cinturó)

El contrapès estava format per quatre trossos de sòl de fusta de mostra de Home Depot que he cargolat i he encastat. El cinturó estava fixat al mig de les peces i l'excés de cua també es cargolava a l'exterior. Vaig col·locar 2 barres d’acer perquè el contrapès viatgés amunt i avall, utilitzant les canonades de PVC enganxades a banda i banda del feix de contrapès per muntar-lo.

Amb totes les peces estructurals al seu lloc, era hora de treballar l'electrònica.

Pas 5: commutadors i electrònica

El cervell d’aquest projecte és un Arduino Uno, amb un escut motor Adafruit a la part superior. El blindatge fa que sigui molt més fàcil conduir els dos servomotors i el motor pas a pas, tot i que permet l'accés a la majoria dels pins de l'Arduino. El motor pas a pas també requereix més que la sortida de 5 V de l’Arduino i la pantalla us permet augmentar la tensió del motor i baixar-la per l’Arduino. El motor triga fins a 12V, però finalment he anat amb una entrada de 9V, ja que he fregit un regulador de voltatge en un Arduino quan una de les portes s’ha quedat atrapada.

Vaig agafar una altra pàgina de la manera com es fabriquen les impressores 3D i vaig utilitzar petits interruptors de contacte en tots els punts on voleu que les coses deixin de moure’s. Per tant, vaig tenir uns interruptors de contacte momentanis en 6 ubicacions. Van detectar on era el cotxe i quin era l'estat de cada porta. Quan el cotxe estava a la part inferior de l’estructura, estava pressionant un interruptor situat sota el cotxe. Quan era a la part superior, es va activar un interruptor a la part inferior del contrapès. Les portes també colpejaven un interruptor a banda i banda, quan estava obert o tancat.

Per trucar a l’ascensor, vaig posar uns botons il·luminats a la part frontal de l’estructura. Es tracta de botons triangulars frescos amb LED a l’interior perquè s’il·luminen quan es premen (si els connecteu d’aquesta manera).

El codi real d’aquest projecte no és massa complex. El bucle principal de l'esbós d'Arduino comprova si hi ha premses de botó amunt o avall. Depenent de la posició del cotxe, el programa respon movent el cotxe i obrint la porta durant uns segons i tancant la porta. O bé, si el cotxe es troba a terra on s’ha premut el botó, només obre la porta i la tanca al cap de 5 segons.

Hi va haver un munt de solucions de problemes, però finalment vaig aconseguir que tot funcionés de forma fiable. El darrer pas va ser una gran peça de plexiglàs a la part posterior amb un forat perforat per accedir a la presa de corrent.

Va ser un projecte molt divertit i vaig aprendre moltes coses. Quan el construïa buscava per tot arreu plans sobre alguna cosa així, però no en vaig trobar gaire. Així doncs, espero que aquest instructiu pugui ajudar a algú que vulgui construir un projecte similar.

Pas 6: Tancament dels pensaments

Una cosa que afegiria a una segona versió seria una manera de detectar si alguna cosa bloqueja la porta, com un ascensor real. Crec que podria funcionar algun tipus de sensor de llum, però algú més intel·ligent que jo ho pot entendre.

A més, es tractava d’un projecte per a un client i el vaig enviar a UPS mitjançant UPS. No obstant això, vaig deixar que UPS ho empaquetés, cosa que va resultar ser un gran error. L’ascensor va arribar amb algunes peces trencades i el cinturó estava desenclavat i una de les portes no funcionava. Vaig treballar amb el client per posar-lo en marxa, però algunes de les meves canonades de PVC encolades en calent es van desprendre i, en el futur, probablement intentaria trobar una solució més elegant que la cola calenta. A més, la propera vegada ho faré jo mateix. Espero que us hagi agradat aquest instructiu. Consulteu més projectes a cascobaystudios.com

Gràcies per llegir i ens veurem la propera!

Pas 7: Codi

El codi Arduino es troba al fitxer adjunt. És un embolic cruent, però funciona!

Finalista del Concurs Arduino 2020