ربات توپ‌انداز پینگ‌پنگ با قطعات سه‌بعدی و ماژول PWM

هدف ما اینه که مکانیزم دستگاه‌های گران‌قیمت بازار رو با کمترین هزینه شبیه‌سازی کنیم. این ربات‌ها معمولا با استفاده از دو چرخ چرخان (فلای‌ویل) که در جهت مخالف هم می‌چرخن، توپ رو به بیرون شلیک می‌کنن. با تغییر سرعت یکی از این چرخ‌ها نسبت به دیگری، توپ در هوا کات برمی‌داره. ما دقیقا همین ساختار رو پیاده‌سازی می‌کنیم تا یک پرتابگر هوشمند و قابل تنظیم داشته باشیم.

قبل از اینکه وارد نرم‌افزارهای سه‌بعدی بشی، خیلی مهمه که ایده‌هات رو روی کاغذ بیاری و ابعاد رو بررسی کنی. اندازه دقیق توپ پینگ‌پنگ، قطر موتورها و ابعاد باتری، همگی تعیین‌کننده سایز نهایی بدنه هستن. یه اسکچ ساده بهت کمک می‌کنه تا جایگذاری قطعات رو خیلی بهتر درک کنی.

اولین قدم در طراحی سه‌بعدی، ساخت یک محفظه یا هولدر برای دو موتور 6000 دور بر دقیقه است. این محفظه باید موتورها رو کاملا محکم و تراز نگه داره تا بتونیم قبل از ساخت کل بدنه، قدرت پرتاب و زاویه شلیکشون رو به صورت مجزا تست کنیم.

حالا باید چرخ‌طیارهایی رو طراحی کنی که روی شفت موتورها سوار می‌شن. این چرخ‌ها گشتاور لازم برای پرتاب توپ با سرعت بالا رو تامین می‌کنن. یادت باشه روی لبه بیرونی این چرخ‌ها یک شیار در نظر بگیری تا بتونی یک کش لاستیکی دورشون بندازی؛ این کش باعث می‌شه چرخ‌ها چسبندگی لازم برای گرفتن و شلیک توپ رو داشته باشن.

قبل از اینکه کل قطعات بزرگ رو پرینت بگیری، حتما دقت پرینترت رو با چاپ یک قطعه کوچیک تست کن. یه برش کوچیک از هولدر موتور و سوراخ شفت رو پرینت بگیر تا ببینی موتور دقیق و کیپ داخلش جا می‌ره یا نه. این کار باعث می‌شه کلی تو مصرف فیلامنت و زمانت صرفه‌جویی کنی.

وقتی چرخ‌ها و هولدر چاپ شدن، چرخ‌ها رو روی شفت موتورها فشار بده و موتورها رو سر جاشون تو محفظه قرار بده. با کمک چند تا سیم و باتری، مدار رو موقتا وصل کن. خیلی مهمه که قطب‌ها رو طوری وصل کنی که دو چرخ در جهت مخالف هم (به سمت بیرون) بچرخن تا توپ رو به جلو شلیک کنن.

بعد از اینکه خیالت از بابت سیستم پرتاب راحت شد، بریم سراغ طراحی بدنه اصلی. قسمت پایینی شاسی طوری طراحی می‌شه که پک باتری سنگین کاملا در انتهای اون قرار بگیره تا دستگاه تعادل داشته باشه. همچنین در کنار باتری، یک‌سری شیار عمودی برای قرار دادن ماژول‌های PWM طراحی می‌کنیم.

بدنه میانی دستگاه وظیفه مهمی داره؛ باید فضای کافی داشته باشه تا هولدر موتور پرتابگر بتونه داخلش بالا و پایین بره و زاویه شلیک تغییر کنه. علاوه بر این، یک جایگاه دیگه هم برای قرارگیری سومین ماژول PWM در این بخش تعبیه می‌شه.

برای اینکه موتور پرتابگر بتونه زاویه بگیره و سر جاش قفل بشه، باید پین‌ها و محورهایی رو طراحی کنیم. پین پایینی در سوراخ ثابت شاسی کف قرار می‌گیره تا به عنوان لولا عمل کنه. پین بالایی هم می‌تونه در یکی از سوراخ‌های دایره‌ای روی بدنه میانی چفت بشه تا زاویه پرتاب دلخواهت تنظیم بشه.

این مسیر یا شوت، توپ رو از سیستم تغذیه‌کننده می‌گیره و مستقیم به سمت چرخ‌طیارها هدایت می‌کنه. حرکت چرخ بالایی به کشیده شدن توپ به داخل مسیر کمک می‌کنه. یادت نره روی این قطعه هم جای سوراخ پین‌ها رو بذاری تا کل این بلوک بتونه روی شاسی اصلی لولا بشه.

درپوش بالایی قراره چرخ‌دنده‌های سیستم تغذیه توپ رو نگه داره. این قطعه یک سوراخ دقیق در کف خودش داره تا توپ‌ها بتونن یکی‌یکی از بین چرخ‌دنده‌ها پایین بیفتن و وارد مسیر شلیک بشن.

این چرخ‌دنده‌ها با هم کار می‌کنن تا توپ‌ها رو با یک نظم خاص از مخزن به سمت لوله شلیک هدایت کنن. یک موتور گیربکس‌دار کوچک هم دقیقا زیر چرخ‌دنده کوچکتر قرار می‌گیره تا نیروی چرخش کل این سیستم رو تامین کنه.

مخزن توپ بالاترین قطعه دستگاهه. کف این مخزن باید با یک شیب ملایم به سمت سوراخ خروجی طراحی بشه تا توپ‌ها با کمک نیروی جاذبه، خودبه‌خود به سمت چرخ‌دنده بزرگ غلت بخورن.

بدنه از چهار بخش اصلی تشکیل شده: مخزن، درپوش، بدنه میانی و شاسی کف. موقع پرینت این قطعات بزرگ، حتما حواست به مشکل تاب برداشتن (Warping) لبه‌ها باشه و هر از گاهی به پرینتر سر بزن.

شاسی کف رو دقیقا به همون شکلی که هست (کف روی میز کار) پرینت کن که نیازی به ساپورت نداشته باشه. بدنه میانی رو هم تو همون جهت پرینت کن، اما براش ساپورت بذار.

درپوش بالایی رو باید برعکس پرینت کنی تا سطحی که چرخ‌دنده‌ها روش می‌چرخن کاملا صاف دربیاد؛ اینجا حتما به ساپورت‌گذاری دقیق نیاز داری. مخزن رو هم به صورت عادی و ایستاده چاپ کن.

هنگام پرینت چرخ‌دنده‌ها، حتما درصد تراکم (Infill) رو تا جای ممکن پایین بیار تا قطعات سبک بشن و موتور تغذیه برای چرخوندنشون فشار زیادی تحمل نکنه. اگر سوراخ مرکزی چرخ‌دنده کوچیک بود، می‌تونی بعد از چاپ با یک مته کمی بازترش کنی.

برخلاف چرخ‌دنده‌ها، پین‌های لولا رو باید با تراکم بالا پرینت کنی چون قراره کل وزن سیستم پرتاب رو تحمل کنن. هولدر موتور کوچک رو هم دقیقا تو همون جهتی که تو عکس می‌بینی پرینت کن تا موتور به راحتی داخلش جا بره.

قطعه حامل موتورهای اصلی و مسیر توپ رو هم با تراکم بالا پرینت کن تا لرزش موتورها رو موقع کار مهار کنه. جهت قرارگیری روی صفحه رو همون‌طور که تو تصویر مشخصه تنظیم کن تا داخل لوله هدایت توپ کاملا صاف و بدون پله چاپ بشه.

چرخ‌طیارها (فلای‌ویل) رو با تراکم پایین چاپ کن. هرچه این چرخ‌ها سبک‌تر باشن، سرعت چرخش نهایی بالاتر می‌ره و گشتاور بهتری برای شلیک دارن. بعد از چاپ، دور هرکدوم یک کش لاستیکی ضخیم بنداز تا موقع برخورد با توپ سر نخورن.

حتما وقت بذار و ساپورت‌ها رو با دقت از قطعات جدا کن. هرجا که احساس کردی لبه‌های تیز یا زائده‌های پلاستیکی مونده، با سمباده یا کاتر تمیزش کن. روان بودن حرکت چرخ‌دنده‌ها و گیر نکردن توپ تو مسیر، کاملا به تمیزی این مرحله بستگی داره.

قبل از اینکه سراغ سیم‌کشی بریم، بهتره یک بار کل قطعات مکانیکی رو روی هم سوار کنیم تا مطمئن بشیم همه‌چیز درست کار می‌کنه. اول از همه باتری 12 ولت رو در محفظه پشتی شاسی کف قرار بده تا دستگاه سنگین و متعادل بشه.

موتورهای پرسرعت رو داخل سوراخ‌های استوانه‌ای روی هولدر اصلی قرار بده. به خاطر وجود لوله هدایت توپ در همون قسمت، ممکنه جا زدن موتورها کمی قلق داشته باشه، پس با حوصله این کار رو انجام بده تا موتورها کاملا در جای خودشون کیپ بشن.

دو تا از ماژول‌های PWM رو در بخش‌های پایینی بدنه و ماژول سوم رو در بدنه میانی قرار بده. سر ولوم این ماژول‌ها باید دقیقا از سوراخ‌های روی بدنه بیرون بزنه تا بتونی از بیرون دستگاه، سرعت موتورها رو کنترل کنی.

حالا قطعه حامل موتورها رو بردار و روی شاسی پایینی بذار، بعد پین پایینی رو جا بزن تا لولا شکل بگیره. حالا بدنه میانی رو از بالا روی این مجموعه قرار بده و با پین بالایی، سیستم شلیک رو تو زاویه دلخواهت فیکس کن.

موتور کوچک رو طوری داخل هولدر مخصوصش بذار که شفتش رو به بالا باشه. اگر خیلی کیپ بود، با کاتر کمی دیواره‌ها رو بتراش.

در نهایت چرخ‌دنده کوچک رو محکم روی شفت موتور فشار بده.

هولدر موتور کوچک رو در سوراخ گوشه درپوش بالایی نصب کن و بعد چرخ‌دنده بزرگ رو تو مسیر دایره‌ای قرار بده. این مرحله بهترین زمان برای اینه که به موتور کوچک برق بدی و تست کنی ببینی چرخ‌دنده‌ها روان و بدون درگیری با هم کار می‌کنن یا نه.

+1

از اینجا به بعد وارد فاز الکترونیک می‌شیم. اگر قطعات رو کامل بستی، یکم بازشون کن تا دسترسی به سیم‌ها راحت بشه. اول از همه، دو تا سیم کوتاه (حدود 12 سانتی‌متر) بردار و به ترمینال‌های خروجی موتور در پایین‌ترین ماژول PWM وصل کن. این ماژول قراره موتور چرخ‌طیار پایینی رو کنترل کنه. کافیه پیچ ترمینال رو شل کنی، سیم رو جا بزنی و دوباره سفتش کنی.

حالا دو تا سیم کوتاه دیگه بردار و اون‌ها رو به سیم‌های مثبت و منفی اصلی باتری گره بزن و بپیچ. با این کار داریم یک انشعاب از برق باتری می‌گیریم تا بتونیم برق رو به تمام ماژول‌ها برسونیم.

سیم مثبتی که تو مرحله قبل آماده کردی رو به ورودی Power+ در همون ماژول PWM پایینی وصل کن و سیم منفی رو به Power- ببند.

باز هم دو تا سیم کوتاه بردار و اون‌ها رو به ترمینال‌های ورودی برق (همون‌هایی که الان بستی) در ماژول اول متصل کن. این سیم‌ها قرار برق رو از ماژول اول به ماژول دوم منتقل کنن.

سر دیگه اون دو تا سیمی که از ماژول پایینی کشیدی رو به ورودی مثبت و منفی برق در ماژول PWM وسطی متصل کن. حالا هر دو ماژول دارن مستقیما از باتری تغذیه می‌شن.

حالا دو تا سیم بلندتر (حدود 20 سانتی‌متر) بردار و به ترمینال خروجی موتور در ماژول PWM وسطی وصل کن. این سیم‌ها باید تا موتور بالایی پرتابگر برسند، پس به طول بیشتری نیاز دارن.

دقیقا مثل کاری که برای ماژول وسط انجام دادی، از ورودی برق ماژول دوم یک انشعاب بگیر و به ورودی برق ماژول PWM بالایی متصل کن. با این کار مدار تغذیه هر سه کنترلر کامل می‌شه.

+2

در نهایت، سیم‌های خروجی رو به موتورها وصل می‌کنیم. ماژول پایینی به موتور پرتابگر زیرین، ماژول وسطی به موتور پرتابگر رویی و ماژول بالایی به موتور کوچیک تغذیه متصل می‌شه. اگر از سیم‌های افشان استفاده کردی بهتره اتصالات روی موتور رو لحیم کنی تا کنده نشن. ولی اگر سیم مفتولی استفاده کردی، می‌تونی با یه انبردست سیم‌ها رو روی پایه‌های موتور محکم پرس کنی.

حالا که سیم‌کشی تموم شد، قطعات بدنه رو با دقت روی هم سوار کن که سیمی لای بدنه گیر نکنه. ولوم ماژول‌ها رو بچرخون تا روشن بشن. چک کن که چرخ‌طیارها حتما به سمت بیرون بچرخن (اگر به داخل می‌چرخن، جای سیم‌های همون موتور روی ماژول رو جابجا کن).

کاملا طبیعیه که تو این مرحله چند تا مشکل کوچیک پیش بیاد، پس با حوصله ایرادات رو برطرف کن. وقتی همه‌چیز روان کار کرد، آماده پرتاب می‌شیم!

توپ‌ها رو داخل مخزن بریز و دستگاه رو روشن کن. اگر متوجه شدی چرخ‌طیارها موقع چرخش به دیواره پلاستیکی گیر می‌کنن (به خاطر خطاهای پرینت یا تاب برداشتن قطعه)، می‌تونی با یک کاتر یا سمباده کمی پلاستیک رو بتراشی تا فضای کافی ایجاد بشه.

اگر دیدی سوراخ خروجی روی مخزن برای رد شدن توپ‌ها تنگه، می‌تونی کمی لبه‌هاش رو بازتر کنی تا توپ‌ها روان‌تر پایین برن. حالا با تغییر سرعت چرخ بالایی نسبت به چرخ پایینی، می‌تونی چرخش (Spin) خفنی به توپ‌ها بدی!

تبریک می‌گم! تو الان تونستی با ترکیب مهارت پرینت سه‌بعدی و مدارات الکترونیکی ساده، دستگاهی بسازی که مدل‌های مشابهش تو بازار قیمت‌های نجومی دارن. حالا دیگه برای تمرین پینگ‌پنگ به هیچ حریفی نیاز نداری و می‌تونی سرعت عملت رو در برابر پرتاب‌های کات‌دار این ربات محک بزنی.

این پروژه قابلیت ارتقای زیادی داره. مثلا می‌تونی با اضافه کردن یک سرووموتور به پایه، قابلیتی بهش بدی که به سمت چپ و راست بچرخه، یا حتی یک تور جمع‌کننده توپ براش طراحی کنی. اگر ایده‌ای برای بهتر شدن این ربات داری، حتما تو بخش نظرات برامون بنویس. مرسی که تا آخر این آموزش با آیسی‌مدار همراه بودی؛ ابزارها رو بردار و ساختن رو شروع کن!