Modelleisenbahn-Tornado im Maßstab O - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ich bin sicher, jeder hat einen Tornado in Videos gesehen. Aber haben Sie einen in voller Animation auf einer Modelleisenbahn im Maßstab O gesehen? Nun, wir haben es noch nicht auf der Eisenbahn installiert, weil es Teil eines kompletten Sound- und Animationssystems ist. Aber wenn es fertig ist, sollte es eine Attraktion sein.

Dieses Projekt führt Sie durch die Schritte zum Erstellen einer Betriebsanimation aus CNC-Hardware, Motorantrieben und Arduino-Steuerungen

Schritt 1: Wie wird diese Animation aussehen?

Um zu verstehen, was wir bauen, wurde ein 3D-Modell erstellt und eine Simulation erstellt.

Schritt 2: Aufbau des Basispanels

Dieses Projekt besteht aus einem Z-Achsen-Panel, einem X-Achsen-Panel, Arduino-Mikrocontrollern, Schrittmotoren, H-Brückenantrieben, Mikroschrittantrieben und dem Tornado selbst. Sammeln Sie zunächst die Stückliste für das Basic Panel. Beide Achsenpaneele sind ähnlich, sodass der Bauprozess für ein Paneel für das andere Paneel gleich ist.

STÜCKLISTE – Aus Banggood. Com/Holzladen bezogen

X-Achse

· (1) T8 500 mm lange Vorschubspindeleinheit

· (1) 12-Volt-200-Schritt-4-Draht-Schrittmotor vom Typ NEMA 17

· (2) 500-mm-Stützstangen mit Endhalterungen und Gleitern

(1) Endschalter mit Kabel

(1) Schrittmotor-Montagehalterung

1/2 Zoll Birkensperrholzbasis geschnitten auf 6-1/2 x 24 Zoll

Standard 1/8 dicke Farbrührstäbchen

verschiedene Schrauben M3, M4, M5

Schritt 3: Montieren Sie die Teile auf dem Panel

Die Schrittmotorhalterung ist das erste Stück, das an einem Ende der 1/2 x 6-1/2 x 24 Zoll-Basis montiert wird. Diese Halterung wird auf der Mittellinie der Basis montiert und muss rechtwinklig zur Längskante ausgerichtet sein. Montieren Sie den Schrittmotor auf diese Halterung und montieren Sie die Antriebskupplung. Sie werden feststellen, dass die Mittellinie des Schrittmotorantriebs von der Basis so hoch ist, dass die Lagergehäuse der Vorschubspindel auf Holzbrettern montiert werden müssen, um die Baugruppe auf eine Ebene zu bringen. Ein 1/2 Stück des Birkensperrholzes ist ein guter Ausgangspunkt. Fügen Sie dann eine Unterlegplatte hinzu, die die Mittellinie der Lagergehäuse der Vorschubschrauben alle in Einklang bringt.

Nun mit einem Farbrührstab Löcher passend zum Vorschubschraubenflansch bohren und mit M3-Schrauben und Sicherungsscheiben montieren. Wenn Sie Locktite jetzt an diesen Teilen verwenden, können Sie verhindern, dass sie später auseinanderfallen. Fädeln Sie nun diese Baugruppe auf die Vorschubschraube. Installieren Sie ein Ende der Vorschubschraube in das Lagergehäuse am Schrittmotorende. Platzieren Sie nun das andere Lagergehäuse am anderen Ende des Sockels, montieren Sie die Vorschubschraube und befestigen Sie das Gehäuse mit den Brettbrettern und Unterlegscheiben am Sockel. STELLEN SIE SICHER, dass diese Baugruppe parallel zur Kante der Basis ist.

Ordnen Sie nun die Stützstangen mit ihren Endträgergehäusen auf den Bretterbohlen an, die zur Unterstützung der Lagergehäuse verwendet werden. Es ist wichtig, alle diese Teile rechtwinklig und parallel zu bekommen. Montieren Sie die Teile daher erst an der Basis, wenn alle Teile auf der Basis angeordnet sind. An dieser Stelle funktionieren Farbrührstäbchen oder 1/4 Hartholzsperrholz gut und können auf die gewünschte Breite geschnitten und mit Befestigungslöchern gebohrt werden, die zu den Stützstangenschiebern passen. Montieren Sie die Quergurte lose an den Schiebern und schieben Sie sie an jedes Ende von die Stützstangen, um die Stützstangen-Endgehäuse in Position zu bringen. Sobald diese Positionen festgelegt sind, schrauben Sie sie fest. An diesem Punkt sollten Sie den Vorschubschraubenflansch mit dem Farbstift zwischen den Schiebern haben.

Der letzte Schritt besteht darin, Befestigungsgurte für die Schieberquerbretter zu platzieren. Drücken Sie die Schieber zusammen, um den angeflanschten Rührstab einzuklemmen, und schrauben Sie die Stützbretter fest. Das Farbrührstäbchen kann nun bündig mit den gerade angebrachten Bändern abgeschnitten werden. Jetzt ist die Montage abgeschlossen und ermöglicht die Bewegung des Flansches innerhalb der Befestigungsbretter. Sie können diese Baugruppe testen, indem Sie die Vorschubschraube von Hand drehen, um sicherzustellen, dass sich alles frei und ohne Bindung bewegt.

Schritt 4: Endschalter installieren

Der Endschalter ist an beiden Paneelen nahe der Motorseite montiert. Er wird als Referenzpositionssensor verwendet, um beide Achsen auf eine Startposition zu setzen, wenn die Stromversorgung an das Control Panel angeschlossen wird. Die genaue Montage ist Benutzerpräferenz, aber wir haben 2 Designs getestet; bei einem hing ein Paddel vom Schlitten herunter, um den Schalter zu schlagen, und bei dem anderen wurde der Rührstab mit Messingflanschmutter als Kontaktpunkt verwendet. Es spielt keine Rolle, wie dieser Schalter montiert wird, solange der Schalter aktiviert wird, BEVOR der Schlitten das Ende seines Hubs am Motorende erreicht.

Schritt 5: Z-Achsen-Panel-Baugruppe

Das Z-Achsen-Panel ist identisch mit dem X-Achsen-Panel, außer dass wir eine andere Vorschubschraube durch eine 2-mm-Führung ersetzt haben, um die Bewegung zu beschleunigen.

(1) T8 Vorschubspindel mit 2 mm Steigung und Messingflanschmutter

Alle anderen Schritte sind gleich, also erstellen Sie dieses Panel jetzt.

Schritt 6: X- und Z-Achse zusammenbauen

Die Montage der 2 Achsen zusammen ist sehr einfach. Zuerst fügten wir der X-Achsen-Schlittenbaugruppe ein 6-1/2 x 5 "Stück 1/2" Birkensperrholz hinzu. Dann haben wir das Z-Achsen-Panel auf dieses Board geschraubt. Die Position der Z-Achse relativ zur X-Achse wird vom Benutzer bevorzugt. In unserem Prototyp setzen wir das Motorende etwa 8 Zoll von der Mitte der X-Achsen-Schlittenbaugruppe entfernt. Das Control Panel sitzt im montierten Zustand unterhalb der X-Achse, daher schien dieser Platz angemessen zu sein. Denken Sie daran, dass die X- und Z-Achsen-Paneele für die Montage flach gezeigt wurden, aber bei der Montage auf der Modelleisenbahnanlage ist die X-Achse 90 Grad zur Eisenbahnoberfläche positioniert.

Schritt 7: Aufbau des Tornado

Tornado-Design

Der Tornado wird mit einem 12-VDC-Motor, einem ¼-Zoll-Holzdübel, einem flexiblen Koppler für die Motor-Wellen-Verbindung gebaut und von einem Arduino-gesteuerten L298N H-Brückenmotor-Controller gesteuert.

Dies ist die Motorbaugruppe: 12 VDC 25 U/min Getriebemotor

Der Trichter ist mit der Wimper in Bastelgeschäften zu finden. Wir haben dünne Wattepads von Walmart verwendet.

Der Trichter erfordert einige künstlerische Arbeiten, um das gewünschte Aussehen zu erhalten. Der wichtigste Teil besteht darin, die Z-Achsen-Schlittenbaugruppe zu entwerfen und zu bauen, um den Motor und die Kupplung aufzunehmen. Die Höhe vom Schlitten bestimmt den maximalen Durchmesser des Trichters. Wenn Sie den Trichter wechseln möchten, müssen Sie nur die Dübelstange von der Kupplung entfernen. Dies ist nach der Installation des Systems jederzeit möglich. Wenn Sie also mit verschiedenen Trichtern experimentieren möchten, ist dies ganz einfach.

Aber an diesem Punkt im Bauprozess bestimmen Sie einfach die Höhe über dem Schlitten und bauen eine Motorhalterung, um den Motor und das Getriebe zu stützen. Es gibt eine handelsübliche Montagehalterung: Motor Mount

Die Vorlaufzeit für die Metallhalterung war zu lang, daher haben wir uns entschieden, eine Montageanordnung für den Tornado-Rotationsantrieb aus kleinen Holzstücken zu bauen. Auf diesen Fotos ist die Halterung so konzipiert, dass sie eine Oberseite der Trichterwolke mit einem Durchmesser von 5 Zoll freigibt. für den Fall, dass diese Anordnung nicht zufriedenstellend ist, haben wir die Baugruppe an den Zugbändern des Wagens montiert. Sollte diese Anordnung aus irgendeinem Grund nicht unseren Bedürfnissen entsprechen, kann die Baugruppe mit nur 4 Innensechskantschrauben entfernt werden.

Die Motoranschlüsse sind klein und zerbrechlich, daher sind die Leitungen an den Motor gelötet und wir haben Schrauben und Unterlegscheiben verwendet, um die Leitungen zu sichern. An diesen Anschluss wird das Reisegeschirr angelötet.

Schritt 8: Steuern der Animation

Nun, da wir die 2-Achsen-Panels gebaut und zusammengebaut haben, wie können wir diese Animation zum Laufen bringen? Das Video ist ein Update von Tests, die während des Baus des Prototypsystems durchgeführt wurden. Wie haben wir diese Animation gemacht? Die Antwort ist, dass wir 2 Arduino-Mikrocontroller verwendet haben, um die Aktion zu steuern. In den nächsten Schritten werden der Aufbau des Control Panels, die verwendeten Geräte, die Schaltpläne und der Programmiercode detailliert beschrieben.

Schritt 9: Verwenden von Arduino-Mikrocontrollern zum Animieren der Bewegung

Tornado-Bewegungsdesign

Um den Tornado zu kontrollieren, definieren wir zunächst, wie er funktionieren soll:

1. Schalten Sie den Motor für die Tornado-Rotation ein.

2. Starten Sie die Bewegung der Z-Achse mit einem Schrittmotor, der eine Vorschubspindel vertikal nach unten treibt. Dadurch wird der rotierende Tornado aus seiner versteckten Position nach unten auf die Tischoberfläche bewegt.

3. Starten Sie die Bewegung der X-Achse mit einem Schrittmotor, der eine Vorschubspindel und eine Plattform antreibt. Dadurch wird der Tornado von rechts nach links über die gesamte Distanz der Förderschnecke bewegt.

4. Starten Sie den Z-Achsen-Schrittmotor, um den rotierenden Tornado aus dem Sichtbereich wieder nach oben zu heben. Schalten Sie den Schrittmotor der Z-Achse aus.

5. Starten Sie den Schrittmotor der X-Achse, um zur richtigen Startposition zurückzukehren. Schalten Sie den Schrittmotor der X-Achse aus.

6. Schalten Sie den Rotating Tornado-Motor aus.

Im Wesentlichen erstellen wir eine CNC-2-Achsen-Routermaschine. Die Tornado-Rotation ist der Router und die anderen 2 Achsen sind für die horizontale und vertikale Bewegung. Um dies zu erreichen, müssen wir 1 Arduino MEGA (genannt "MOVEMENT CONTROLLER") verwenden, das für den Betrieb von (2) TB6600 Micro Stepper-Treiberplatinen zur Steuerung von 2 Schrittmotoren programmiert ist. Wir werden auch 1 Arduino UNO (genannt "MASTER CONTROLLER") verwenden, um die Drehung des Tornado zu steuern und den BEWEGUNGSCONTROLLER zu initiieren. Die Systemsteuerung erfolgt über einen Aus-/Ein-Schalter für die 12-Volt-Gleichstromversorgung des Systems. Ein Momentschalter befindet sich in der Nähe der Tornado-Position auf dem Layout, um einen selbsthaltenden Stromrelaisstromkreis zu initiieren. Diese kurzzeitige Schaltersteuerung schaltet das System ein und der MASTER CONTROLLER wird eingeschaltet, und der zahnradgetriebene DC-Motor beginnt, den Tornado zu drehen, und versorgt dann den BEWEGUNGSCONTROLLER für die Bewegungssequenz mit Strom.

Schritt 10: Erforderliche Ausrüstung für das Bedienfeld

Kontrollsystem Stückliste

(1) Arduino UNO & (1) Arduino Mega-Mikrocontroller

(1) L298N Modul H-Brückenmodulplatine für Tornado-Antrieb ·

(2) TB6600 Stepper Motor Micro Step Driver Boards für Z- und X-Achsen-Panel

(1) 12-Volt-Gleichstromversorgung

(1) Schalttafelmontierter SPDT-Kippschalter

(2) 5-Volt-Gleichstromrelais für Arduino·

Sonstige Verdrahtung mit grüner LED und Widerständen

Klemmenleisten

Montageplatinen und Hardware

Schritt 11: Montage von Geräten auf einem Bedienfeld

Wählen Sie zunächst ein Control Panel-Material aus. Wir verwendeten ein 1/4 Zoll dickes Stück Hartholzsperrholz. Wir begannen mit einem 2 x 2 Fuß großen Stück, um die Ausrüstung zu organisieren. Dieses Panel hat kein Geheimnis. Montieren Sie einfach alles an einem Ort, der kurze Kabelwege und Zugänglichkeit für 12-Volt-Strom, Motorkabel und Endschalterverkabelung von den Axis-Panels ermöglicht.

Schritt 12: Verkabelung der Master-Controller-Ausrüstung

Der für den Master Controller gezeigte Schaltplan ist möglicherweise nicht ganz genau, da keine Teilebibliotheken für das L298N-Modul und das 5-Volt-signalgesteuerte Relais vorhanden sind. Der Rest der Schaltung ist für Verbindungen zum Arduino Uno und zum Arduino Mega genau.

Für eine genaue Verdrahtung des L298N müssen wir uns auf das Bild beziehen, das die Kabelverbindungen mit den angezeigten Klemmennummern zeigt. Das zweite Bild zeigt nur die in diesem Projekt verwendeten Terminals.

Für die genaue Verdrahtung des 5-Volt-Relais für Arduino müssen wir uns auf das obige Bild beziehen.

Wenden Sie sich im Zweifelsfall immer an die Arduino-IDE für den Master-Controller für Pin-Anschlüsse.

Schritt 13: Verdrahten der Bewegungssteuerung

Als Bewegungssteuerung wird der Arduino Mega verwendet. Es verbindet die Mikroschrittantriebe und die Schrittmotoren. Die Vin-Verbindung wird nicht angezeigt, da sie auf dem Schaltplan des Master-Controllers angezeigt wird.

Schritt 14: Systemstrom-Verriegelungsschaltung

Um die Stromversorgung des Systems zu steuern und eine automatische Abschaltung zu ermöglichen, wenn die Animation abgeschlossen ist, wird eine Verriegelungsschaltung mit einem Momentschalter zwischen den 12-Volt-Strom-NO-Relaiskontakten verwendet. Das von Arduino-Signalen gesteuerte 5-Volt-Relais verriegelt den Stromkreis. Wenn das Signal auf LOW geht, wird die Systemstromversorgung abgeschaltet. Eine separate LED wird verwendet, um anzuzeigen, dass das System verriegelt ist.

Schritt 15: Arduino-Code

Da dies keine Anleitung zum Schreiben von Arduino-Code ist, haben wir die Master- und Bewegungsdateien zum Anzeigen und / oder Herunterladen angehängt.

Schritt 16: Aufbau des Montagerahmens

Der Systemträgerrahmen ist aus einfachem Holz gebaut. Es handelt sich um eine 3-Bein-Stütze, an der das X-Achsen-Panel angebracht ist, um die richtige Position für den Tornado auf der Layoutoberfläche festzulegen. Das Bedienfeld ist hinter dem X-Achsen-Bedienfeld montiert, um eine freie Bewegung des beweglichen Z-Achsen-Bedienfelds zu ermöglichen. Die gesamte Baugruppe kann an der Wand befestigt oder bei Bedarf zum einfachen Entfernen frei stehen gelassen werden.