Datengenerierte Surfbretter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Dies ist aus meiner Abschlussarbeit im Bereich Industriedesign von vor etwa einem Jahr entnommen, also entschuldige, wenn es einige Lücken darin gibt, könnte mein Gedächtnis ein wenig abweichen. Es ist ein experimentelles Projekt und es gibt so viele Dinge, die man hätte anders machen können, zögere nicht, es mir mitzuteilen.

Dieses Projekt basiert auf einem System, das Daten sammelt, um ein Surfbrettbauprogramm auszuführen. Ein Gerät, das beim Surfen Messwerte von Kraftsensoren aufzeichnet und diese Daten so anwendet, dass die Form Ihres Surfbretts durch generative Modellierung optimiert wird.

Was dieses Projekt ausmacht, ist, dass das Surfbrett ein interessantes Objekt ist, bei dem die auf die Oberseite des Objekts ausgeübte Kraft eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion auf die Unterseite hat. Das heißt, wenn Sie beim Drehen Ihres Surfbretts mehr oder weniger mit den Zehen oder der Ferse drücken, sollte dies bestimmen, wo Ihr Surfbrett anders geformt werden muss.

SURFBOARD-DESIGN

Ich gehe davon aus, dass nicht jeder ein Experte für zeitgenössisches Surfboard-Design ist und ich mich auch keiner nennen kann, obwohl hier meine verkürzte Erklärung ist. Surfbretter sind Fahrzeuge, um Wasser durch die Finnen zu bewegen, indem Wasser durch die untere Konkave und die gesamte Boardkontur geleitet wird. Das Surfbrett kann durch asymmetrische Formen übertrieben werden, bei denen Sie ein Surfbrett erstellen, das die Gewichtsverteilung von Zehen / Ferse erkennt und versucht, daraus Kapital zu schlagen. Indem wir feststellen, wo der Surfer den größten Druck ausübt, um sein Surfbrett zu drehen, können wir eine asymmetrische Form für den einzelnen Surfer optimieren.

FÜR WEN IST DAS

Dies ist ein Projekt, das sich an einen mittleren bis fortgeschrittenen Surfer richtet, der möglicherweise sein zweites oder drittes Surfbrett bekommt. In dieser Phase haben Sie begonnen, einen Stil zu entwickeln, der vorgibt, wie Ihr Surfbrett unter Ihren Füßen funktionieren soll.

RESSOURCEN & FÄHIGKEITEN

Die Daten werden mit einem Arduino mini protokolliert und mit Excel geparst. Für die Modellierung des Surfbretts benötigen Sie eine Kopie von Rhinocerous 3D mit darauf installiertem Grasshopper. Um das Surfbrett tatsächlich herzustellen, benötigen Sie Zugang zu einer CNC, die groß genug ist, um ein Surfbrett zu fräsen.

Schritt 1: Das Sensorpad

DAS PAD

Das Pad ist im Wesentlichen eine wasserdichte Tasche, die das Sensornetzwerk schützt und Ihnen gleichzeitig den Zugriff auf die Arduino- und SD-Karte nach dem Surfen ermöglicht.

Die Tasche besteht aus Teichfolie, die mit PVC-Kleber verklebt wird.

// Materialien //

+ Teichfolie

+ PVC-Kleber

+ FPT-Kappe

+ Steckeradapter

+ VHB-Band

+ 3mm Styrol

+ Doppelseitiges Folienband

// Werkzeuge //

+Vinylschneider https://www.ebay.com/itm/like/281910397159?lpid=82&… oder X-Acto Messer

+ Lötkolben

+ Lineal

DER SENSOR

+ Kraftsensor Widerstand (11)

+ 10k Ohm Widerstand (11)

+ Litze

+ Arduino mini

+ Arduino Datalogging-Schild

+ Batterie

Schritt 2: Das Testboard

// Einführung //

Um ein neues Surfbrett richtig zu generieren, müssen Sie mit einem Demomodell beginnen. Diese Demo wird in der Grashüpfer-Definition neu erstellt und ist die Basis für die Erzeugung der Form. Aus diesem Grund müssen Sie ein Testmodell erstellen, das Sie entweder von Hand formen können, wenn Sie gut genug sind, oder CNCd erhalten. Ich habe die AKU-Shaper-Datei eingefügt. Die andere Möglichkeit ist die Verwendung eines 5'8 Hayden Shapes hypto-krypto https://www.haydenshapes.com/pages/hypto-krypto, das dem Basismodell ziemlich ähnlich ist.

// Einzelheiten //

+ Blank - EPS (Es schwimmt etwas besser als Polyurethan und ist etwas leichter. Das Pad ist ziemlich schwer)

+ Resin - Epoxy (Es ist etwas weniger anfällig für Dellen und auch seine Federung gibt den Sensoren eine bessere Lesung. Sie müssen auch Epoxy verwenden, wenn Sie einen EPS-Rohling mit Glasfasern versehen)

+ Fiberglas - 4x6 (Dies ist eine schwerere Glasarbeit als ein Standard-Surfbrett, es ist wichtig, dass das Board nicht zu viele Dings bekommt, es ist schon ziemlich schwer mit dem Pad und da das Board etwas schwer ist, kann es dich immer noch ziemlich gut schweben lassen mit all diesem Glas)

Schritt 3: Schneiden des Pads

// Einführung //

Das Pad besteht aus Teichfolie. Ich benutzte einen Vinylschneider mit einem Schneidebrett darunter, um alle Teile auszuschneiden, aber ich würde denken, dass das Drucken des Musters und das Ausschneiden mit einem X-Acto-Messer funktionieren würde.

// Schritte //

1. Jeder dieser Schnitte muss wie in der Abbildung für beide Seiten durchgeführt werden

2. Cut 1, 2 & 3 werden für die Innenseite des Sensorpads verwendet. Die Hauptfunktion dieser Teile besteht darin, die Sensoren an der richtigen Stelle zu halten und die Drähte zu organisieren.

3. Stück 4 & 5 bilden die Tasche, in die alle Sensoren kommen

4. Ich schneide auch Styrolstücke aus, die über die Gehäuse gehen. Die Theorie dahinter ist, den Durchgang der Sensoren durch Vergrößerung der Oberfläche zu verbreitern.

Schritt 4: Verdrahten des Pads

// Einführung //

Das Netzwerk, aus dem dieses Projekt besteht, ist mit einem arduino mini mit einem Datenprotokollierungsschild verbunden. Es kann mehr oder weniger kompliziert sein, je nachdem, wie genau Ihr Datensatz sein soll. Ich entschied mich für 11 Pins, die zwei Messungen von der vorderen Mitte und eine von den Kanten nahmen. Dadurch können Sie erkennen, wo der Druck ausgeübt wird, obwohl er breit genug ist, um dem Programm eine gute Vorstellung davon zu geben, wie das Surfbrett erzeugt werden soll.

// Ressourcen //

learn.adafruit.com/adafruit-micro-sd-break…

// Schritte //

1. Folgen Sie dem Schaltplan und verdrahten Sie jeden der Sensoren. Ich habe stapelbare Header https://www.sparkfun.com/products/11417 verwendet, um jeden der Sensoren zu löten, ich bin nicht der Beste beim Löten und dies ist ein sicherer Weg um ein Schmelzen Ihrer Sensoren zu verhindern.

2. Ich habe auch ein Brotbrett verwendet, um meine Platine, Widerstände und Batterie zu organisieren. Es ist nicht unbedingt notwendig, aber es war schön, es in einem schönen Paket zu haben

3. Ich habe doppelseitiges Klebeband verwendet, um alle Pad-Teile zu kleben

Es ist nicht unbedingt notwendig, PVC-Kleber zu verwenden, obwohl Sie könnten

Schritt 5: Kleben des Pads

// Einführung //

Ich liebe Teichfolie, es sind wirklich coole Sachen, ich hatte noch nie davon gehört, bevor ich dieses Projekt durchführte, aber durch einige Recherchen habe ich festgestellt, dass dies ein großartiges Material für den Bau des Pads ist. Teichfolie ist ein PVC-beschichtetes Nylon, was bedeutet, dass Sie PVC-Rohrkleber verwenden können, um sie zusammenzuschweißen, um ein vollständig wasserdichtes Gehäuse zu schaffen. Es ist auch großartig, weil Sie damit PVC-Rohre schweißen können, um Zugangspunkte zum Arduino hinzuzufügen.

// Schritte //

1. Um den Verbundstoff herzustellen, legen Sie alle Teile auf das Unterteil des Pads

2. Sie können alle Sensorteile entweder mit doppelseitigem Klebeband oder PVC-Kleber kleben

3. Verwenden Sie die PVC-Beschläge, um den Zugangspunkt zum Arduino auf dem oberen Pad-Stück zu erstellen.

+ Wenn der PVC-Kleber zu viel aufgetragen wird, entsteht eine feine Linie, wodurch er sprudelt und spröde wird, während zu wenig die Bindung schwach macht. Sie müssen nur mit einigen Teilen experimentieren und verstehen, wie es funktioniert

3. Sobald alle Stücke trocken sind, kleben Sie die Ober- und Unterseite des Pads, Sie haben so ziemlich eine Chance, dies zu tun, also seien Sie geduldig, ich habe es in Abschnitten gemacht und zwei Klebelinien gemacht, um sicherzustellen, dass es nicht ausläuft.

+ Das Pad, das ich gebaut habe, hat zwei Sitzungen gehalten, bevor es anfing, zusammenzubrechen, Salzwasser ist ziemlich brutal.

4. Um das Pad am Surfbrett zu befestigen, verwenden Sie VHB-Klebeband

+ Wischen Sie das Deck unbedingt mit Farbverdünner ab und vergewissern Sie sich, dass es super sauber ist, bevor Sie das Pad ablegen

+ VHB-Band ist wirklich stark, ich hatte keine Probleme mit dem Abfallen des Pads

Schritt 6: Arduino-Datenprotokollierungsprogramm

// Einführung //

Das Arduino-Programm protokolliert Daten aus dem Sensornetzwerk auf einer SD-Karte. Enthalten sind einige Ressourcen zur Formatierung und Fehlerbehebung von SD-Karten. Sie können ein bisschen pingelig sein. Der Code wird von https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Datalogger übernommen und so modifiziert, dass er alle Sensormesswerte enthält.

// Ressourcen //

learn.adafruit.com/adafruit-micro-sd-break…

// Code //

/* Datenlogger auf SD-Karte Dieses Beispiel zeigt, wie Daten von drei analogen Sensoren mithilfe der SD-Bibliothek auf einer SD-Karte aufgezeichnet werden. Die Schaltung: * analoge Sensoren an analogen Eingängen 0, 1 und 2 * SD-Karte wie folgt an SPI-Bus angeschlossen: ** MOSI - Pin 11 ** MISO - Pin 12 ** CLK - Pin 13 ** CS - Pin 4 (für MKRZero SD: SDCARD_SS_PIN) erstellt am 24. November 2010, geändert am 9. April 2012 von Tom Igoe Dieser Beispielcode ist gemeinfrei. */#include #include const int chipSelect = 4;void setup () {// Öffnen Sie die serielle Kommunikation und warten Sie, bis der Port geöffnet ist: Serial.begin (9600); while (!Seriell) {; // Warten Sie, bis der serielle Port eine Verbindung herstellt. Wird nur für den nativen USB-Port benötigt } Serial.print("Initializing SD card…"); // sehen, ob die Karte vorhanden ist und initialisiert werden kann: if (! SD.begin (chipSelect)) { Serial.println ("Karte fehlgeschlagen oder nicht vorhanden"); // nichts weiter tun: return; } Serial.println ("Karte initialisiert.");}void loop () { // Erstellen Sie einen String zum Zusammensetzen der zu protokollierenden Daten: String dataString = ""; // drei Sensoren lesen und an den String anhängen: for (int analogPin = 0; analogPin = 1; analogPin = 2;analogPin = 3; analogPin = 4; analogPin = 5; analogPin = 6; analogPin = 7; analogPin < 3; analogPin++) {int sensor = analogRead (analogPin); dataString += String (Sensor); if (analogPin < 2) { dataString += ", "; } } // öffne die Datei. Beachten Sie, dass jeweils nur eine Datei geöffnet sein kann, // also müssen Sie diese schließen, bevor Sie eine andere öffnen. Datei dataFile = SD.open("datalog.txt", FILE_WRITE); // Wenn die Datei verfügbar ist, schreibe in sie: if (dataFile) { dataFile.println(dataString); dataFile.close(); // auch an den seriellen Port drucken: Serial.println (dataString); } // Wenn die Datei nicht geöffnet ist, wird ein Fehler angezeigt: else { Serial.println ("Fehler beim Öffnen von datalog.txt"); }}

Schritt 7: Sammeln der Daten

// Einführung //

Jetzt ist es Zeit, das Pad auszuprobieren. Stecken Sie den Akku ein und legen Sie die SD-Karte ein. Es ist eine gute Idee, das Programm zu testen, um sicherzustellen, dass die Daten ordnungsgemäß protokolliert werden, bevor Sie loslegen. Seien Sie beim Anziehen der PVC-Kappe vorsichtig, damit Sie das Pad nicht zerreißen, die Gewinde sind ziemlich kräftig, obwohl es auch eine gute Idee ist, das Gewinde abzustauben, damit es super wasserdicht ist

Es ist schon eine verrückte Sache, mit diesem Pad zu surfen, das Meer ist nicht immer das schönste und das Pad ist ein ziemlich klobiges Objekt. Ich sammelte zweimal mit dem Pad Daten und hatte danach Angst, dass das Pad nicht mehr halten würde. Du solltest ziemlich sicher im Wasser sein und es an ziemlich zahmen Tagen rausnehmen, damit es nicht von großen Wellen abgerissen wird oder du dich in eine Situation mit einem schwereren als normalen Surfbrett gerätst.

Schritt 8: Parieren der Daten

// Einführung //

Wenn Sie mit dem Sammeln der Daten fertig sind, legen Sie Ihre SD-Karte in Ihren Computer ein und Sie sollten einen Ordner mit einem sehr langen Zahlenprotokoll haben. Da die Protokollierung durch kontinuierliches Ausführen einer Reihe von umstrittenen Messwerten funktioniert, müssen Sie das Protokoll in Excel- oder Google-Tabellen kopieren, um jeden der Sensorsätze zu organisieren. Sie sollten den durchschnittlichen Messwert jedes Sensors nehmen, um ihn in die Heuschreckendefinition einzufügen.

Es ist ziemlich einfach zu erkennen, wann Sie Druck ausgeübt haben, da Sie drastisch andere Messwerte erhalten, als wenn Sie auf Ihrem Board sitzen. Es wird für eine Weile ziemlich spastisch und wird dann wieder konstant. Die Zeiten des Chaos sind das, was Sie wollen… löschen Sie einfach den Rest.

Schritt 9: Generieren des benutzerdefinierten Surfbretts

// Einführung //

Für diesen Schritt müssen Sie in Nashorn und Heuschrecke etwas geübt sein, es ist jedoch auf keinen Fall zu fortgeschritten. In der Grashüpfer-Definition werden Sie feststellen, dass eine Reihe von Knoten an verschiedenen Punkten angebracht sind. Sie müssen jeden der Knoten durch die entsprechenden Sensorwerte ersetzen. Nachdem Sie die Daten gesammelt und in Excel geparst haben, sollten Sie sicher sein, zu verfolgen, woher die einzelnen Messwerte stammen, damit Sie das Heuschreckenmodell anpassen können, um die optimale Form entsprechend zu generieren.

// Schritte //

1. Öffne Grashüpfer und lade die generative Surfboard-Def

2. Fügen Sie die Messwerte aus dem Datenprotokoll ein, ich habe die Medien von jedem Messwert verwendet.

3. Backen Sie das Modell in Grashüpfer

+ du wirst einen Rahmen des Surfbretts nur mit Vektoren haben

4. SWEEP2 mit Schienen entlang der mittleren und äußeren Kurven

+ Dies erfordert ein wenig Zeit und Geduld. Möglicherweise müssen Sie auch die Oberflächen verblenden, um alles wasserdicht zu machen

Schritt 10: Das Surfbrett fräsen

Der letzte Schritt ist das Fräsen des Surfbretts. Ich habe zwei Styroporblöcke verwendet, die ich aus dem Heimdepot gekauft habe https://www.homedepot.com/p/2-in-x-4-ft-x-8-ft-R-8-… und sie mit Sprühkleber zusammengeklebt so dass es dick genug war, um die Rocker- und Boarddicke aufzunehmen. Ich habe eine Multicam 3000 mit RhinoCAM verwendet. Ich bin kein CNC-Experte und hatte viel Hilfe bei diesem Schritt, daher kann ich wirklich keinen anderen Rat geben, als jemanden dazu zu bringen, diesen Schritt für Sie zu erledigen;)

Schritt 11: Abschließende Gedanken

Dieses Projekt hat ungefähr ein Jahr gedauert und ich habe es vor fast einem Jahr abgeschlossen. Ich habe es sowohl auf der CCA Industriedesign-Seniorenmesse als auch auf der Maker Faire gezeigt. Ich habe es jetzt hier reingestellt, weil ich so viel Zeit gebraucht habe, um es mir tatsächlich noch einmal anzusehen… Ich hatte es so satt, mir dieses Zeug anzuschauen. Ich hoffe, Sie schätzen es, ich denke, diese Art von Forschung und Arbeit könnte in anderen Projekten nützlich sein es. Ich denke, dass es eine Fülle von Daten gibt, die erfasst und verwendet werden können, um Produkte auf neue Weise zu erstellen. Ich denke, dass diese Art von Rapid Prototyping in ein neues Zeitalter der Individualisierung eintreten könnte und Dinge, die maßgeschneidert werden können, in die Rapid Personal Manufacturing einfließen könnten.

Ich beantworte gerne alle Fragen zum Ablauf, zu Theorien, zu den Programmen oder zum Surfboard-Design im Allgemeinen.