Мне нравятся марбл машины. Это уже третья машина, которую я делаю. Проектирую в САПР FreeCAD и печатаю на 3D принтере. Моя первая марбл было довольно простой, вторая была посложнее. И вот я сделал третью.
Постепенно, работая с 3D принтером, разрабатывая всякие механические штуки, я усвоил для себя несколько простых правил:
если две детали подвижны относительно друг друга - ставь подшипник;
даже если все детали разные их много, то старайся стандартизировать хоть что ни будь, например, метод соединения разнородных деталей, желоба, башмачки вертикальных опор или даже просто цвет деталей "белый низ - чёрный верх";
по возможности избегай ударных нагрузок, например, падения шариков, это создаёт значительный шум и разбалтывает механизм; мои первые две марбл машины очень страдали этими недугами;
как можно меньше склеек, лучше, чтоб всё разбиралось, а чтобы соединение винт-гайка было надежным - ставь шайбу Гровера;
прежде чем печатать какую-то деталь разработай и смоделируй весь механизм, где будет эта деталь стоять.
Последний пункт один из самых важных.
Поначалу я очень страдал от непонимания этой простой истины. Моя разработка марбл машины была очень хаотичной. Сегодня я хочу, чтобы шарики скатывались влево и здесь я поставлю ловушку, а там придумаю что ни будь. Напечатаю ловушку и путь к ней, потом что-то пошло не так.. нет пусть лучше скатываются вправо, а тут я буду делать.. а что делать ещё и сам не придумал. В результате, разработаю деталь и напечатаю, потом понимаю, что она не совсем подходит, а вот если бы у неё вот этот поворот был чуть круче, вот тогда бы..
Казалось бы, пока одна деталь печатается, ты проектируешь другую и это же экономия времени? В реальной жизни так не работает. В реальной жизни только теряешь время и портишь пластик. Нужно вычертить весь проект, все детали расставить по местам, посмотреть, чтоб они все хорошо соединялись, чтоб был приемлемый перепад высот. И вот только тогда имеет смысл начинать печатать.
Так, постепенно, я освоил сборку сложных деталей во FreeCAD. Например, вот так выглядит модель винта Архимеда для марбл в сборе:
А вот это сборка деталей спуска после гусеничного подъемника:
Или вот снимок ну почти полностью собранной модели марбл машины:
Не знаю как на хабре вставлять в статью 3D модели для просмотра. Возможно ли это? Была бы интересная фишка. Читатели бы могли вращать и рассматривать модель со всех сторон ну и всё такое..
Как вы понимаете, моя марбл машина состоит не только из пластиковых деталей. Здесь есть еще моторчики и плата управления. Я использую шаговые двигатели 28byj-48. Здесь их три: на винте Архимеда, на гусеничном подъемнике и на делителе потока. Двигатели просты в управлении и имеют небольшие габариты. Меня уже как-то критиковали, мол двигатель должен быть только один и он должен приводить в движение всю машину. Ну тем не менее, мне проще использовать несколько моторчиков. Таков мой путь.
Плату контроллера я так же разработал сам в САПР KiCAD:
Да, я знаю, что существуют всякие "ардуины", но мне как-то ближе и роднее ПЛИС, на моей плате стоит CPLD Altera MAX3128. Логических элементов не очень много, но для разных самоделок типа моей хватает вполне. Плата выглядит вот так:
Эта плата в моем проекте управляет тремя шаговыми двигателями (а вообще-то может управлять четырьмя) и самое сложное, что здесь есть это управление делителем потока шариков. Это в центре марбл машины такой качающаяся стрелка. Там стоит простой ИК датчик. Когда стрелка идет влево "программа" в ПЛИС ожидает срабатывания датчика, после чего стрелка идет вправо на заданное число шагов и там разворачивается.
Программа в ПЛИС написана на Verilog HDL и компилируется в среде Altera Quartus v13.0.
На самом деле у меня большие планы на эту маленькую платку. Да, я собираюсь использовать её во всех своих марб машинах и не только. Это пока еще у меня логика работы машины очень простая. А вот когда проект будет сложнее или потребуется к примеру управление по сети или WiFi, то тогда я планирую устанавливать эту плату на Raspberry Pi или какой ни будь другой одноплатник.
Я уже испытал эту возможность. Например, вот здесь на видео:
Здесь платка МА3128 установленная на одноплатник Orange Pi PC2 управляет сразу четырьмя шаговыми моторчиками, а программа управления написана на питоне. Таким образом, будущие машинки смогут иметь очень продвинутую логику работы.
Схему платы и некоторые ПЛИС проекты для этой платы можно посмотреть на github: https://github.com/marsohod4you/MA3128
Ну и более подробное описание МА3128 и как её программировать в среде Altera Quartus, вот здесь.
Вот так получается, что для создания моей марбл машины я применил многое из арсенала своих знаний: 3D проектирование во FreeCAD, проектирование печатной платы в KiCAD, программирование ПЛИС на верилоге в САПР Altera Quartus.
Следующий этап проекта - объединить все когда-то сознанные мною Marble машины в единый живой механизм.
Комментарии (31)
forthuse
08.08.2023 08:04+1Проектирую в САПР FreeCAD и печатаю на 3D принтере
А, не думали ли как вариант какие то элементы Марбл машины делать из пластиковых ПЭТ бутылок методом термоусадки на каркас и брать/вырезать что то от самой такой тары?
т.к. 3D печать не быстрый процесс.P.S. Пластиковые упаковки могут быть, возможно, примененены для такого DIY проекта с минимальными изменениями (как упаковки от яиц), а тот же пенопласт хорошо растворяется в ацетоне и может быть использован как клей.
И из спагетти, вероятно, можно формировать какие то элементы и проводить их окраску или заливку какой то эпоксидной смолой.Думаю, был бы только в наличии полёт фантазии. :)
nckma Автор
08.08.2023 08:04У меня скорость создания ограничивается не скоростью печати, а наличием свободного времени... к сожалению..
VBDUnit
08.08.2023 08:04Тут как‑бы почти всё можно сделать из пластиковых бутылок — интернет завален штуками, разматывающими бутылки в филамент для 3D‑принтера.
Правда, тут детали должны быть гладкими, чтобы шарики катались, но, вроде бы, в мире 3д печати ацетоновая ванна решает такие проблемы.
Iv38
08.08.2023 08:04+4Ацетон не растворяет ПЭТ. Он даже продаётся часто в ПЭТ-таре.
VBDUnit
08.08.2023 08:04Тогда вместо ацетона можно взять то, что растворяет, главное чтобы пары заусенцы скушали.
Samodelkin333
08.08.2023 08:04+4ПЭТ вообще трудно растворить, он разлагается например от щелочей при нагревании. Ксилол как пишут не подходит, ароматика нет в общем, ацетон и бытовые растворители нет. Дихлорметан (метиленхлорид) разрушает ПЭТ, неэффективно Так же как и для PETG нет хорошего растворителя. Горячий воздух ещё может что-то дать.
Dynasaur
08.08.2023 08:04+6Это примерно как если бы человек рассказал, что он построил самолёт, а его бы спросили - не хотите ли сами выплавлять алюминий из пивных банок? Это же экологично и прикольно! :-)
Mishootk
08.08.2023 08:04+1Преимущество 3Д печати перед ручным изготовлением из бутылок (пусть даже и по шаблону) в повторяемости результата.
dragonnur
08.08.2023 08:04"Пенопласт в ацетон" - мало того, что яд, так ещё и летучая легковоспламенимая жидкость, так что любые манипуляции делать лучше на открытом воздухе с огнетушителем и песком или под мощной приточно-вытяжной вентиляцией с теми же средствами предосторожности.
Dynasaur
08.08.2023 08:04+2Всё таки не понятно зачем вам собственный контроллер? Чем вас не устроили все те, что доступны? Просто "потому, что могу", или есть какая-то причина?
nckma Автор
08.08.2023 08:04+5Вы еще спросите зачем мне марбл машина.. Точного ответа-то и нет..
Dynasaur
08.08.2023 08:04+1Машина это вид искусства. Её надо обогатить примерно раз в 10 прочими элементами и можно продавать как украшение ресторана или мероприятия, выставки, музея науки, например. Или как детский конструктор. Ну, вполне интерьерное украшение.
А вот ещё один контроллер, который ничем не выделяется среди всех прочих, обречён быть забытым, а силы потраченными впустую. Было бы жаль.
nckma Автор
08.08.2023 08:04На самом деле этот контроллер значительно отличается от других именно возможностью связки РасбериGPIO-ПЛИС. Сколько таких похожих устройств Вы сможете назвать?
Paskin
08.08.2023 08:04Чуть более чем все - у которых есть входы на 3.3 вольта. Можно даже на малине I2C включить (или SPI)
Dynasaur
08.08.2023 08:04+3Полюбовался ещё раз вашим аппаратом :-) В качестве идеи - сделать его по-компактнее и по-запутаннее. Например, левый винтовой спуск большого радиуса можно обернуть вокруг правого малого радиуса, подъёмники разместить внутри петель и пр.
Ещё один из способов приковать внимание и запутать зрителя - вращающийся по трём осям прозрачный лабиринтный куб или шар, в котором часть перегородок зеркальная, часть прозрачная и шарики в нём запутываются и перекатываются, ища пути к выходу по ходу случайного вращения в кардановом подвесе :-)
Ещё можно добавить магниты, которые будут иногда захватывать шарики через стенку и перемещать неожиданно для зрителя :-)
По поводу цветов - можно подумать насчёт выполнить в "детских" пёстрых цветах, если целиться в детскую аудиторию. Или в стимпанковском стиле - правда, это менее технологично - резать из дуба и латуни.
aumi13
08.08.2023 08:04покрасить под дуб наверное сложно, а вот металик в каждом ларьке продают на выбор
Fell-x27
08.08.2023 08:04Залип в гусеничный подъемник, использующий внешнюю сторону следующей ячейки как опору/направляющую для шарика, выпадающего из ячейки предыдущей. Это просто шикарно :)
nckma Автор
08.08.2023 08:04К сожалению, это место работает как раз не совсем так, как задумывалось.
По идее каждое звено должно было отправлять шарик через одно то влево то вправо. Но этот эффект получился незаметным, потому, что 1) не все звенья несут шарик, 2) вероятно всю платформу нужно ставить точно по уровню горизонта (а у меня видимо этого нет и почти все шарики уходят налево).
SuperTEHb
08.08.2023 08:04самое сложное, что здесь есть это управление делителем потока шариков
Присмотритесь к механизму стеклоочистителей автомобиля. Мотор вращается просто по кругу всё время, а щётки как раз шатаются туда-сюда. Заодно получится ещё один видимый глазами механизм.
nckma Автор
08.08.2023 08:04Вы правы, существует огромное количество интересных механизмов. Вероятно в следующих марбл нужно будет многие из них применять для разнообразия.
aumi13
08.08.2023 08:04по типу нефтевышки будет зрелищно https://imgur.com/0p1WDgT
nckma Автор
08.08.2023 08:04Ну на хабре я уже писал другую мою марбл машину. https://habr.com/ru/articles/466637/ Там примерно такое есть. Захватывает шары электромагнитом и потом наверху бросает.
Следующий этап для меня объединить жти две машины в единый механизм.
Javian
В конце статьи Учим три телевизора делать солнышко VBDUnit вставлена 3D модель — искать фразу "Покрутить 3D модели получившихся кронштейнов в браузере можно тут."
nckma Автор
Ну не интересно.. это же не на хабре 3D модель получается..
VBDUnit
Оно: https://sketchfab.com/
Перед заливкой модель лучше оптимизировать — CADы пихают тучи полигонов в самых неуместны местах, раздувая модель
Анимации поддерживаются — можно даже с катящимися шариками
Опыт показал, что лучше всего оно кушает fbx