Cách chế tạo một cỗ máy tung hứng Claude Shannon: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Claude Shannon là một kỹ sư / nhà toán học lỗi lạc, người đã tạo ra lý thuyết thông tin và về cơ bản đã ban phước cho chúng ta với thế giới kỹ thuật số. Anh ấy là một người tung hứng và vận động viên một người và anh ấy đã tạo ra chiếc máy tung hứng đầu tiên. Tôi quyết định chế tạo một chiếc máy tung hứng dựa trên thiết kế của anh ấy mặc dù anh ấy không để lại cho chúng tôi bất kỳ thông số kỹ thuật nào để chế tạo nó. Bằng cách xem đoạn video về chiếc máy của anh ấy và hai chiếc máy chế tạo ở trường đại học khác, tôi đã nghĩ ra một chiếc máy làm việc. Tôi muốn chia sẻ các thông số kỹ thuật của chiếc máy của mình với hy vọng rằng ai đó có kỹ năng máy móc thực sự sẽ chế tạo ra một chiếc máy hoạt động đẹp hơn nhiều. Giờ đây, chiếc máy mà tôi đã chế tạo có các chức năng tốt một cách đáng ngạc nhiên khi xem xét nó được làm từ phần lớn là rác mà tôi đã để ở xung quanh hoặc các bộ phận từ các dự án khác, có một chút phản ứng dữ dội của bánh răng động cơ, được gắn trên một khung chỉ dựa trên một số sách giáo khoa trên sàn nhà, và có một động cơ đôi khi tự quyết định tăng tốc hoặc giảm tốc độ.

Vui lòng xem video. Các bước sau đây sẽ chỉ ra cấu tạo cơ bản, các thông số kỹ thuật và cách điều chỉnh lực và vị trí của cánh tay ném bóng.

Cũng lưu ý rằng trong video của tôi bắt đầu vào khoảng 0:40, các quả bóng nảy theo biểu tượng vô cực. Thú vị.

Tôi thách thức bất cứ ai chế tạo một chiếc máy tung hứng được gia công thực sự độc đáo bằng kim loại hoặc thậm chí là máy in 3D. Tôi đã thấy một vài yêu cầu trên internet về một chiếc máy tung hứng hoạt động nhưng dường như không ai có sẵn.

Một lựa chọn khác là mô phỏng một máy làm việc trên Matlab hoặc một số phần mềm mô phỏng.

Nếu ai có bất kỳ kiến thức nào về nơi ở của chiếc máy tung hứng của Claude Shannon, tôi sẽ đánh giá rất cao điều đó. Tôi rất tiếc rằng anh ấy đã không công bố bất kỳ chi tiết nào về thiết kế của mình. Và một vài bức ảnh về chiếc máy của anh ấy sẽ nói lên rất nhiều điều.

Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Claude Shannon vì đã cung cấp nền tảng cho thế giới kỹ thuật số của chúng tôi.

Đây là video của Claude Shannon và cỗ máy tung hứng của anh ấy: Claude Shannon Jugging

Bước 1: Cấu trúc máy tung hứng cơ bản

Khung: khung chỉ là một vài thớt tre tương đối nặng và là giá đỡ tốt cho các bộ phận khác. Bạn có thể sử dụng bất cứ thứ gì nhưng nhận ra rằng bạn có thể phải di chuyển giá đỡ động cơ xung quanh một chút.

Ổ trục chính: ổ trục chính là trục xe đạp được đặt trong hai ổ trục. Tôi đã mua chúng một cách riêng biệt nhưng chúng hoàn toàn phù hợp và hoàn toàn không có trò chơi. Đừng nghĩ rằng bạn có thể đánh bại vòng bi này.

Cánh tay cốc chính: Tôi đã sử dụng cọc cần câu bằng sợi carbon cho cánh tay cốc. Tôi đã sử dụng một mảnh nhỏ hơn vừa khít với trục xe đạp, sau đó gắn nó vào bên trong một lỗ trên cánh tay cốc chính. Rất cứng và hoạt động tuyệt vời.

Cốc: cốc hoặc bàn tay chỉ là một số bọt xốp (xốp đóng gói máy tính) được dán vào hình tam giác bằng bìa cứng. Bên trong bìa cứng là một hình tam giác vinyl được làm từ một cuốn sổ tay bằng nhựa vinyl. Bề mặt cứng hơn của vinyl giữ và giải phóng bóng thép ổn định hơn so với các tông. Bạn có thể tìm ra những chiếc cốc tốt hơn nhưng đó là tất cả những gì tôi có xung quanh. Tôi nghĩ rằng có lẽ những mái chèo bóng bàn bị cắt nhỏ sẽ hoạt động tốt nhất nhưng chúng khá nặng. Cần giữ cho các cốc nhẹ nhất có thể.

Gắn động cơ: Tôi gắn động cơ lên bảng tre bằng một giá gắn động cơ bằng nhôm. Bạn sẽ phải di chuyển nó xung quanh để một giá đỡ có thể di chuyển được là lý tưởng nhưng tôi không có cách nào tốt để làm điều đó. Vì vậy, tôi chỉ cần tháo tất cả, di chuyển nó, vặn nó lại. Mất thời gian. Nhưng giá đỡ không quá quan trọng - chỉ cần giữ nó về cơ bản dưới nơi gắn động cơ dài vào cánh tay cốc chính.

Bộ chuyển đổi trục động cơ: bạn cần một số cách để gắn trục động cơ vào tay ngắn. Tôi thấy những bộ điều hợp 5mm này rất hoàn hảo.

Cánh tay động cơ nhỏ: cánh tay đòn ngắn là một miếng nhôm phẳng. Dễ dàng khoan lỗ và bạn có thể sẽ khoan nhiều lỗ cho đến khi tìm được điểm điều chỉnh lý tưởng.

Tay máy lớn: hai khóa vặn (8mm) với thanh ren giữa chúng cho phép điều chỉnh tốt. Bạn sẽ mất nhiều thời gian để điều chỉnh cánh tay này.

Bước 2: Thông số kỹ thuật

Có khoảng 9 chiều dài cánh tay quan trọng, các điểm đính kèm và các thông số kỹ thuật khác phải được xem xét để máy này hoạt động. Tôi thực sự đã tính toán các hoán vị chỉ cho những điều chỉnh khả thi mà tôi có thể thực hiện trên máy của mình và nó đã đưa ra khoảng 60.000. Trong số đó, tôi không biết có bao nhiêu sẽ thực sự hoạt động.

Nhìn vào sơ đồ trên, tôi sẽ giải thích từng phép đo.

1. Khoảng cách giữa túi của hai chiếc cốc (hoặc bàn tay) trong trường hợp của tôi là 54 cm. Đặt hai cốc quá gần sẽ không đủ không gian cho bóng nảy, và đặt chúng quá xa nhau sẽ khiến bóng nảy quá ngắn để có thể bị mắc vào cốc kia. Nhưng cánh tay phải có thể điều chỉnh được và tôi đã làm điều này bằng cách đặt hai chiếc cốc trên hai phần bên trong cần câu cá trượt bên trong chiếc cần chính lớn hơn. Sau đó, tôi dán nóng những cái nhỏ hơn vào vị trí.

2. Động cơ được gắn vào hai cánh tay, một cánh ngắn và một tay dài hơn. Cái dài hơn được gắn vào cánh tay đỡ cốc cách ổ trục chính mà cánh tay cốc chính quay khoảng 7,3 cm.

3. Gối chính cách mặt đất hoặc bề mặt khoảng 24 cm mà quả bóng sẽ nảy lên. Trong trường hợp của tôi, tôi thêm hoặc bớt một sách giáo khoa mà khung máy đang nghỉ. Không phải là một thiết lập lý tưởng. Thực sự khung cần phải thực sự nặng hoặc được gắn vào sàn theo một cách nào đó. Khi máy của tôi đang chạy, nó thực sự hoạt động một chút và kiểu chơi đó không phải là ý kiến hay vì nó ảnh hưởng đến thời gian của máy, 4. Khoảng cách từ ổ trục chính đến trục động cơ khoảng 15 cm.

5. Khoảng cách từ phương thẳng đứng của ổ trục chính và trục động cơ là 10 cm. Khoảng cách này dường như không thực sự quan trọng.

6. Khoảng cách từ trục động cơ đến điểm gắn tay đòn dài hơn trên tay đòn ngắn hơn là 4,5cm. Cánh tay này rất quan trọng để điều chỉnh điểm cao nhất và thấp nhất của cả hai cốc. Nếu bạn cần ném bóng xa hơn, hãy kéo dài khoảng cách trên tay ngắn. Nếu bạn cần cả hai cốc để ném ít lực hơn, thì hãy rút ngắn nó.

7. Cánh tay động cơ dài hơn có lẽ là điểm được điều chỉnh nhiều nhất trên máy. Đó là lý do tại sao tôi dễ dàng điều chỉnh nó bằng cách sử dụng hai khóa vặn và một thanh ren. Đó là điểm duy nhất mà bạn có thể thay đổi độ cao và lực ném cốc một cách khác biệt. Bằng cách kéo dài cánh tay này, cốc bên phải sẽ cao hơn và ném xa hơn, và cánh tay trái sẽ thấp hơn và ném ngắn hơn. Bằng cách rút ngắn cánh tay này, bạn sẽ có tác động ngược lại. Nó là điểm điều chỉnh bộ cân bằng cho hai cốc.

Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của máy móc. Một là kích thước của quả bóng. Tôi đã sử dụng một quả bóng thép 15 mm. Một quả bóng nhỏ hơn hoặc lớn hơn sẽ yêu cầu tất cả các biến khác được thay đổi. Biến thứ hai là tốc độ động cơ. Bạn sẽ cần một nguồn điện có thể điều chỉnh hoặc bộ điều khiển động cơ để kiểm soát vòng tua của động cơ. Trong trường hợp của tôi, tôi đã sử dụng một loại mụn cóc treo tường 12 volt.

Tính toán của tôi về hoán vị của các điều chỉnh máy:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (cao hơn nhiều so với ước tính ban đầu của tôi trong đó tôi chỉ đưa ra 3 điểm điều chỉnh cho mỗi nhánh hoặc khoảng cách) Không chắc có bao nhiêu điểm trong số đó sẽ hoạt động.

Bước 3: Một số mẹo điều chỉnh…

Một khi máy đã được chế tạo thì đã đến lúc bắt đầu hoạt động. Tôi bắt đầu bằng cách cố gắng ném một quả bóng và bị chiếc cốc kia bắt được. Tôi bắt đầu bằng cách cài đặt vòng tua khoảng 80 vòng / phút. Quả bóng phải được ném sao cho nó cong lên và sau đó rơi xuống ngay trước tâm của thanh cốc dài (hoặc điểm gắn ổ trục chính). Sau đó, nó sẽ nảy trên sàn ở phía gần chiếc cốc bắt mồi nhất. Nếu quả bóng bị ném quá xa thì có khả năng cốc đang tăng quá cao và cần được hạ xuống bằng cách rút ngắn các điểm gắn tay động cơ ngắn. Nếu quả bóng không được ném đủ xa thì cần phải kéo dài các bộ phận phụ trợ của động cơ ngắn. Một cách khác để thực hiện những điều chỉnh này là thay đổi điểm gắn cánh tay dài trên cánh tay cốc chính (xem thông số kỹ thuật 2 ở bước trước).

Nếu một cốc ném bóng đi quá xa và cốc kia ném không đủ xa thì bạn giải quyết sự khác biệt này bằng cách điều chỉnh tay động cơ dài. (xem thông số kỹ thuật 7 ở bước trước).

Tại một số thời điểm, bạn có thể cần phải tăng hoặc giảm khoảng cách giữa ổ trục chính và sàn để thay đổi thời gian nằm của bóng, hoặc thời gian bóng bay trong không khí. Đây là lúc nó thực sự trở thành nghệ thuật và không còn quá nhiều khoa học nên bạn chỉ cần chơi với nó.

Tốc độ động cơ: máy của tôi chạy tối ưu khoảng 80 vòng / phút. Điều này cũng phụ thuộc vào các điều chỉnh khác, vì vậy bạn cần một số cách để thay đổi vòng tua động cơ. Nếu vòng tua máy quá nhanh thì quả bóng không có thời gian để ngồi vào túi của cốc và nó chỉ nảy xung quanh trong cốc và sau đó bị ném đi một cách thất thường. Nếu vòng tua máy quá chậm, quả bóng không được ném đủ xa hoặc cốc nhận không ở vị trí để đón quả bóng nảy.

Bề mặt nảy: bạn cần một bề mặt để bóng nảy lên. Tôi sử dụng sàn gạch men trong căn hộ của mình vì một quả bóng thép nảy rất tốt trên đó. Tôi đã thử trống bẫy và nó chỉ không trả lại độ nảy đủ cao (và nó siêu ồn.)

Bước 4: Ghi chú cuối cùng…

Thách thức 1: một người nào đó xây dựng cái này trong một cửa hàng máy bằng các công cụ chuyên nghiệp. Tôi chỉ có một cái cưa sắt và máy khoan cầm tay.

Thử thách 2: xây dựng một cái nhỏ bằng máy in 3D để sử dụng quả bóng 10mm. Điều đó thật tuyệt nhưng không biết bạn có thể sử dụng bề mặt nảy nào khác ngoài sàn xi măng hoặc gốm sứ.

Thử thách 3: Tìm ra chiếc máy tung hứng ban đầu của Claude Shannon ở đâu và nói cho chúng tôi biết. Làm một video về nó đang hoạt động. Ít nhất hãy chụp ảnh cận cảnh các chi tiết của máy anh ấy. Miệng tôi ngấn nước trước viễn cảnh.

Lưu ý: đã tìm thấy bức ảnh trên của máy Claude Shannons hơi sáng sủa nhưng không đủ chi tiết để hiển thị chi tiết cụ thể của các bộ phận gắn vào cánh tay và vòng bi và loại động cơ mà anh ấy đã sử dụng. Không chắc bức ảnh này được chụp ở đâu. MIT, nhà của anh ấy, Michigan?

Trên tất cả, hãy vui vẻ và cảm ơn Claude Shannon vì đã chia sẻ sự xuất sắc của anh ấy!