Cầu di chuyển: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Chúng tôi là META_XIII, đến từ Đại học Michigan-Viện Liên kết Đại học Giao thông Thượng Hải (JI). Hướng dẫn trình diễn này được tạo cho thiết kế khóa học VG100 của chúng tôi, một cầu nối di động được điều khiển bởi Arduino.

JI được thành lập vào năm 2006 bởi hai trường đại học hàng đầu, UM và SJTU. JI dẫn đầu về hợp tác giáo dục quốc tế ở Trung Quốc, với cả phong cách giáo dục của Mỹ và Trung Quốc. Nó nằm trong khuôn viên Minhang của SJTU, phía tây nam Thượng Hải, nơi tập trung các công ty công nghệ.

Có hai dự án khóa học trong VG100, cả hai đều yêu cầu phân tích, lên lịch và hợp tác. Khóa học này chuẩn bị cho sinh viên trở thành kỹ sư với 4 bằng cấp mà JI đánh giá cao, Quốc tế hóa, Liên ngành, Đổi mới và Chất lượng. Trong cuộc thi Project1, mỗi nhóm nên xây dựng "một cây cầu có thể di chuyển được" bằng các vật liệu cụ thể và việc thực hiện cây cầu trong ngày trò chơi tạo ra sự khác biệt lớn cho cấp lớp của khóa học.

Vào ngày trò chơi, tất cả 19 nhóm sẽ đến phòng thí nghiệm trong tòa nhà JI và hoàn thành một số phần của bài kiểm tra. Phần đầu tiên là kiểm tra chức năng, nơi các cây cầu phải có thể dừng ô tô và sau đó mở để cho tàu đi qua. Chúng tôi đã hoàn thành toàn bộ quá trình thành công và có đầy đủ điểm. Phần thứ hai của các bài kiểm tra là kiểm tra kích thước và tải trọng. Sẽ đạt được nhiều điểm hơn nếu cây cầu nhẹ hơn và chịu tải tốt hơn. Chúng tôi có thể chịu được 1kg với các biến hình dạng là 2,83mm. Chúng tôi đứng thứ 9 về tính thẩm mỹ và đứng thứ 8 về phần kiểm tra cân nặng.

Cuối cùng cây cầu của chúng ta đạt điểm 76,7, đứng thứ 4.

Dưới đây là một phiên bản ngắn của các quy tắc:

A. Quá trình kiểm tra chức năng

Một. Một ô tô A có thể đi qua cầu.

NS. Khi A vẫn đang ở trên cầu, một chiếc tàu lớn C tiếp cận cầu từ bên dưới.

NS. Cầu có thể phát hiện ra C, và tự nâng lên sau khi xe A rời cầu để xe C đi qua bên dưới.

NS. Sau khi C đi qua, cầu có thể trở lại bình thường trong 15s.

B. Thử tải

Một số quả nặng nhỏ sẽ được đưa lên cầu thêm 100g mỗi lần. Các quả nặng được cộng thêm đến 1kg hoặc cho đến khi độ võng đạt 4 mm và sau đó ghi lại dữ liệu.

C. Kiểm tra kích thước

Tổng khối lượng của cầu (bao gồm phần mạch ngoại trừ pin) sẽ được ghi lại và so sánh với các nhóm khác.

Liên kết video: Bấm vào đây để thưởng thức video soi cầu gameday của chúng tôi!

Chúng tôi hy vọng phần giới thiệu có thể để lại ấn tượng chung cho bạn về cây cầu của chúng tôi.

Bước 1: Sơ đồ khái niệm

Bước 2: Phân tích

Dưới đây là một số giải thích cho tính toán của chúng tôi về các biến hình dạng của cây cầu để chúng tôi có thể thiết kế một cấu trúc cực kỳ nhẹ có thể chịu được nhiều trọng lượng hơn trên lý thuyết.

Phần này liên quan đến kiến thức về phân tích lực và tích phân. Chúng tôi hy vọng điều này có thể giúp bạn hiểu nguyên tắc và áp dụng nó vào các tình huống tương tự khi bạn xây dựng cây cầu của mình.

Bước 3: Danh sách vật liệu ：

** Giá chưa bao gồm keo dán gỗ, dây bông, giấy sáp và các dụng cụ khác.

Dưới đây là một số siêu liên kết cho các mặt hàng bạn có thể mua tại Taobao.

Arduino Uno （21,90）

Breadboard （6.24）

Dây kết nối （27,61）

Bảng điều khiển động cơ L298N （10.43）

Cảm biến hồng ngoại 2-30cm 3.3V-5V （31.00）

Micro Servo （8,81）

Động cơ bánh răng （30,00）

Bảng gỗ Balsa （402,5）

Ván gỗ balsa （232.06）

Dao （38,40）

Bản lề （12,76）

Bước 4: Sơ đồ mạch

Hình trên là một sơ đồ mạch ngắn gọn. Các dây có màu sắc khác nhau nên được kết nối với các miệng logic tương ứng. Tất cả các dây màu đỏ có nghĩa là nguồn điện 9V. Tất cả các dây màu đen có nghĩa là nối đất. Dây màu xanh lá cây có nghĩa là đèn LED màu xanh lá cây còn dây màu hồng có nghĩa là đèn LED màu đỏ.

Hai động cơ bánh răng, có 100 vòng / giây, cung cấp lực chính để nâng cầu. Chúng được điều khiển bởi một trình điều khiển động cơ giá rẻ, trình điều khiển động cơ không lõi L298N.

Micro Servo được thiết kế để quay một chiếc gậy ngăn ô tô đi qua cầu khi cầu đã được nâng lên. Nó có thể xoay 90 độ và quay trở lại vị trí ban đầu.

Bốn cảm biến hồng ngoại rất cần thiết khi phát hiện xe và tàu. Chúng có thể hữu ích để quyết định khi nào cây cầu nên được nâng lên và hạ xuống.

Toàn bộ quá trình đáp ứng các yêu cầu của kiểm tra chức năng phải được tiến hành như sau:

· Cảm biến 1 phát hiện sự tiếp cận của Xe A. Cảm biến 2 phát hiện sự tiếp cận của Tàu C. Chúng gửi tín hiệu đến Arduino để đèn LED màu đỏ phát ra ánh sáng và Micro Servo quay gậy để dừng Xe B.

· Cảm biến 3 phát hiện sự khởi hành của Xe A. Sau đó, Động cơ bánh răng bắt đầu chạy và nâng cầu lên độ cao thích hợp cho Tàu C.

· Cảm biến 4 phát hiện sự rời đi của Tàu C. Chúng gửi các tín hiệu đến Arduino. Sau khoảng thời gian 15s, Động cơ bánh răng bắt đầu lùi và đặt cầu xuống.

· Micro Servo trở lại tình trạng ban đầu và đèn LED màu xanh lục phát ra ánh sáng để hiển thị sự cho phép của Xe B đi qua.

** Hãy chú ý rằng cảm biến hồng ngoại mà chúng tôi sử dụng để xây dựng cây cầu của chúng tôi không hoàn toàn giống với sơ đồ được hiển thị ở trên. Chúng tôi chọn một loại rẻ hơn có thể hữu ích như nhau. Hình ảnh của loại này được hiển thị trong danh sách tư liệu.

Bước 5: Chế tạo bộ bài

Một. Cắt bốn tấm ván dài 1m * 120mm * 3mm thành 50cm.

NS. Vẽ một số hình tam giác vuông có khoảng cách gần nhau với kích thước dài 4cm-rộng 3cm. Dành một khoảng trống rộng 2cm mỗi cạnh và rộng 0,5cm giữa các hình tam giác. Dùng dao cắt những hình tam giác này ra. ** Hãy cẩn thận để không bị vỡ bên.

NS. Dán hai tấm ván lại với nhau bằng keo dán gỗ. Đặt và dán một mảnh giấy thủ công bằng sáp lên cả hai mặt của bộ bài.

Bước 6: Chế tạo khung

Một. Cắt các thanh gỗ 3mm thành các đoạn dài 15cm 、 35cm và 38cm. Điều chỉnh một chút các đầu của chúng thành hình dạng thích hợp để vừa với khung mà không có kẽ hở. Dán chúng lại với nhau. Sau đó làm thêm 3 hình tam giác giống nhau.

NS. Cắt vài thanh gỗ 3mm có kích thước phù hợp. Dán chúng với (a) các hình tam giác gỗ để tạo thành một số hình tam giác vuông cân với các kích thước khác nhau. (Bước này là để tăng độ ổn định theo chiều dọc và vẻ đẹp của nó.)

NS. Cắt và dán một vài mảnh gỗ 2mm vào các bộ phận kết nối để gia cố chúng.

NS. Cắt vài thanh gỗ 5mm thành 23cm. Đặt hai (c) hình tam giác bằng gỗ cách nhau 23cm. Dán sáu thanh giữa các hình tam giác. Đảm bảo chúng cách đều nhau. Sau đó làm một cái khác giống hệt.

e. Tiếp tục sử dụng các thanh gỗ 5mm có kích thước thích hợp để lấp đầy khoảng trống giữa (d) sáu thanh có hình dạng tam giác tương tự. Gắn chúng lại với nhau. (d, bước e là để tăng độ ổn định bên của nó, được cho là sẽ được kiểm tra nhưng bị hủy bỏ do một số lý do. Vì vậy, cấu trúc này là không cần thiết đối với các yêu cầu.)

Bước 7: Lắp ráp

Một. Dán bộ bài với khung. Đỉnh của một khung phải vượt quá cạnh của bảng trong khi đỉnh kia rút lại.

NS. Cắt một trong các tấm (a) thành dài 35cm

Bước 8: Hoàn thiện

Một. Khoan bốn lỗ nhỏ trên một đầu của tấm ván dài 35cm. Khoan hai lỗ tương ứng trên tấm ván dài 24cm. Kết nối chúng bằng bản lề và vít.

NS. Cắt bốn thanh gỗ dài 8mm thành 15cm. Khoan một lỗ trên mỗi thanh chắn cao 12cm. Dán song song hai cây gậy vào mỗi tấm ván với khoảng cách 18cm. Sau đó cắt bốn que dài 6cm để gia cố “tháp”.

NS. Dán một thanh xà ngang qua hai thanh chắn.

NS. Khoan hai lỗ trên một đầu của hai tấm ván. Luồn các sợi dây bông qua các lỗ trên ván cầu và vợt dọc.

e. Khoan sáu lỗ ở cuối cả hai boong để đảm bảo chúng có thể được cố định trên trụ bằng vít.

Bước 9: Lắp ráp mạch

Một. Cắt hai miếng gỗ hình khối dài 2cm và dán chúng vào mép của bản lề bản lề ở bước cuối cùng. Sau đó dán một động cơ Bánh răng vào từng khối tương ứng. Dán keo cuối chỉ vào trục chính bằng 502.

NS. Dán hai cảm biến hồng ngoại xuống dưới hai chùm tia chéo (a). Dán hai cảm biến hồng ngoại khác vào hai bên khung, điều chỉnh chúng cho phù hợp để phát hiện tàu.

NS. Dán một micro servo vào một trong những thanh gạt trên phần có thể di chuyển của cầu. Sau đó, dán một thanh gỗ vào nó để làm cổng rào.

NS. Cắt một phần nhỏ của breadboard và gắn nó vào thanh còn lại trên phần có thể di chuyển của cầu. Đặt một đèn LED màu đỏ và một đèn LED màu xanh lá cây trên bảng mạch nhỏ.

e. Kết nối tất cả các dây và kiểm tra nhiều lần để đảm bảo tính khả thi của mã Arduino.

Bước 10: Chế độ xem hệ thống cuối cùng

Cảm ơn bạn đã tham khảo hướng dẫn sử dụng của chúng tôi!

Chúng tôi hy vọng nó có thể cung cấp cho bạn một số cảm hứng khi bạn thiết kế cây cầu di động của mình.