این ساعت ساچمه ای که طراحی و چاپ سه بعدی شخصی به نام Gorkem Bozkurt است، زمان سنج مکانیکی عجیب و جالبیست که وقت را نسبت به محل قرارگیری ساچمه نشان می دهد. دستگاه دارای سه ریل یا ردیف تیله است که زمان را نشان می دهند: یک ردیف برای فاصله دقیقه ای (1 تا 4 در تصویر)، یک ردیف برای فاصله پنج دقیقه ای (5 تا 55 در تصویر)، و آخرین ردیف برای فاصله ساعتی (1 تا 12 در تصویر). هنگامی که تیله ها از یک ردیف به ردیف دیگری می افتند، شما از طریق تعداد آنها در هر ردیف و با استفاده از یک حساب ساده می توانید زمان را بفهمید.
زمان سنج شگفت انگیز
همانطور که در بالا اشاره کردیم، این ساعت از وزن تیله یا ساچمه استفاده می کند تا زمان بازنشانی و دوباره چیدن ردیف ها را تعیین کند. برای مثال، پس از این که پنجمین تیله در ردیف دقیقه قرار گرفت، وزن اضافی باعث می شود که ردیف شیب پیدا کرده و همه تیله ها به غیر از یکی به پایین ساعت فرستاده شوند. تیله ای که شیب را ایجاد کرده است به ردیف پایینی می افتد و باعث می شود آبشاری از تیله ها به سمت پایین حرکت کنند.
این ساعت بر اساس طرحی از یک تکنیک دهه هفتاد میلادی ساخته شده که در آن با استفاده از تیله ها در سه ریل مختلف میتوانستند زمان را تشخیص دهند. با این وجود، مدل جدید جذاب تر از نمونه قدیمی است. طراح پروژه خواسته است که مکانیزم بلند کردن را در طراحی قدیمی جایگزین کند. به همین دلیل او سیستم چرخشی را به جای سیستم خطی قرار داده.
طرز کار ساعت کورتا
این ساعت مرمرین رنگ از یک مکانیزم چرخ دنده ای برای بالا بردن تیله ها استفاده می کند. به این صورت که یک موتور استپر چرخ اصلی را به حرکت در می آورد که در واقع به شکل یک بالابر عمل می کند و یک تیله را از بین تیله های پایینی بر میدارد و آن را در بالاترین ردیف (ردیف دقیقه) قرار می دهد.
هنگامی که ردیف بالایی پر شد، مکانیزم باعث می شود که ردیف شیب برداشته و یک تیله روی ردیف پایینی یعنی ردیف پنج دقیقه ای بیفتد. زمانی که ردیف پنج دقیقه ای هم پر شود، همین اتفاق تکرار شده و یک تیله روی ردیف ساعت می افتد و از این طریق شما می توانید زمان را بخوانید و البته از حرکت ساعت لذت ببرید.
در ابتدا ممکن است خواندن زمان از روی این ساعت پیچیده به نظر برسد اما هنگامی که به آن عادت کنید برایتان بسیار جالب خواهد بود.
پرینت3بعدی قطعات اصلی ساعت:
طبق آنچه در سایت Instructables.com آمده، برای ساخت قطعات این پروژه شما نیاز به یک پرینتر سه بعدی رومیزی با حجم ساخت
250x250x150 میلیمتر دارید. مدل سه بعدی قطعات و برنامه مداری و راهنمای این پروژه را نیز دانلود کنید.
سازنده پیشنهاد میکند که قبل از شروع فرآیند مونتاژ، ابتدا تمام قطعات را پرینت کنید. در واقع، اول همه قطعات را پرینت کرده و روی یک میز بچینید. با این حرکت کارِ شما بسیار ساده تر خواهد شد. حتی می توانید برای شناسایی ساده تر، روی قطعات شماره یا حروف بگذارید.
نکته: برای کارکرد صحیح قطعات مکانیکی، توجه کنید که با حداکثر کیفیت 3D Print شوند و کاملا پرداخت شده تا سطح یکنواخت و صیقلی برای حرکت روان فراهم گردد.
قطعات اصلی:
- میکروکنترلر Arduino Uno (البته می توانید هر میکروکنترلر دیگری که بتواند موتور استپر را به حرکت درآورد را بخرید)
- یاتاقان Thrust 6mmx14mmx5mm
- هشت عدد بلبرینگ 3mmx6mmx2.5mm
- موتور استپر
- ساچمه یا توپی فولادی 11 میلیمتری (30 عدد)
- پیچ و مهره های زیر:
- شانزده عدد پیچ M3 شش میلیمتری
- هشت عدد پیچ M3 ده میلیمتری
- چهار عدد پیچ M3 پانزده میلیمتری
- دو عدد پیچ M3 بیست میلیمتری
- هفت عدد پیچ M3 سی میلیمتری
- نه عدد پیچ M3 چهل میلیمتری
- مهره های M3
- صفحه چوبی برای بخش پایه به ابعاد 29x130x3 میلیمتر
این موارد را می توانید از مغازه های ابزار فروشی تهیه کنید و البته برخی از آنها را می توانید به صورت اینترنتی از فروشگاههای عرضه لوازم الکترونیک سفارش دهید.
ابزار و افزودنیها:
- کرونومتر
- چاقوی تیز یا کاتر
- دریل با مته 3 میلیمتری
- انبر
- Resinta (یا هر چسب قابل حل و قابل حذف)
فرآیند طراحی
اگرچه فایلهای سه بعدی آماده موجودند، اما اگر می خواهید با الهام از این پروژه ساعت مخصوص خودتان را طراحی کنید یا در آن تغییراتی ایجاد کنید، فهم فرآیند طراحی بسیار حیاتی است.
نکته: ریل ها با استفاده از نرم افزار Fusion 360 طراحی شده اند.
طراحی بالابر
در سایت Thingiverse طرح یک سیستم چرخشی- خطی توسط کاربری به نام mgg942 به اشتراک گذاشته شده که Bozkurt از آن بهره برده تا مکانیزم ساعت تیله ای را بسازد.
طراحی ساختار اصلی و ریلها
بدون شک ساخت ریلها از نسخه قدیمی ساعت توپی الهام گرفته شده؛ بخشهای پرینت شده به وسیله پیچ به صفحه چوبی وصل میشوند. صفحه چوبی قسمت اصلی پایه ساختار است.
مونتاژ پایه ساعت
طراح پروژه، یک راهنمای PDF درست کرده که برای دریل کردن و ایجاد سوراخ در صفحه چوبی به شما کمک می کند.
به غیر از قطعات پرینت شده که 28 عدد هستند، شما به پیچ و مهره 5x40mm-6x3mm-3x15mm-6x10mm-10x6mm و همینطور چهار عدد بلبرینگ نیاز دارید.
طراح تخمین زده که فرآیند مونتاژ حدود 15 تا 20 دقیقه زمان لازم دارد.
مرکز گرانش
بنا به گفته سازنده، حیاتی ترین قسمت کار تشخیص مرکز گرانش (COG) است. او اتصال ریل ها با لولاها را به عهده خود شما گذاشته زیرا می خواسته هر کس آزادی عمل خود را در تنظیم قطعات داشته باشد. همچنین، توجه داشته باشید که ریل ها به اتصالاتی که در زیر آنها قرار دارد وصل نیستند.
خب ببینیم مرکز گرانش را چطور باید مشخص کنیم:
ریل فاصله دقیقه ای
به آرامی چهار تیله در بالاترین ریل قرار دهید. همچنین، اتصالات ریل را درست کنید تا ریل شیب نداشته باشد. قطعه رابط باید تنها پس از گذاشتن تیله پنجم کج شود. برای این که حالت بهینه را در این فرآیند پیدا کنید، نیاز به صرف زمان و شکیبایی دارید. هنگامی که از نتیجه راضی بودید، به مرحله بعد یعنی ریل فاصله پنج دقیقه ای بروید.
ریل فاصله پنج دقیقه ای
به آرامی یازده توپی را روی ریل دوم قرار دهید و حواستان باشد که ریل نباید کج شود. نقطه ای را که در آن ریل پس از اضافه کردن تیله دوازدهم کج می شود پیدا کنید و اتصال را بچسبانید.
ریل ساعتی
نصب و آزمایش ریل ساعتی مانند ریل پنج دقیقه ای است.
در نهایت، با گذاشتن یازده تیله روی ریل پایینی و وسطی و چهار تیله روی ریل بالایی آنها را امتحان کنید. یک تیله روی بالاترین ریل انداخته و مشاهده کنید. تمام توپی ها باید به آرامی روی ریل شان حرکت کنند.
مونتاژ بالابر
برای مونتاژ بالابر، شما نیاز به 9 قطعه پرینت شده، موتور استپر، چهار بلبرینگ، یک یاتاقان و پیچ و مهره های 2x6mm-4x4mm-2x1mm-2x25mm دارید. همچنین چسب، پیچ گوشتی و انبر نیز باید همراه داشته باشید.
سازنده پروژه تخمین می زند که این فرآیند حدود 5 تا 10 دقیقه طول می کشد.
تنظیم موتور و زمان بندی
تنظیم موتور
طراح برای این پروژه از Arduino Uno استفاده کرده است. تخته مدار این قطعه دارای بخش مخصوص نصب موتور استپر است. پیش از این که کد ها را وارد کنید، پینهای استپر باید به پورت های صحیح Arduino وصل شوند.
زمانبندی
برای این که ساعت دقیق کار کند، باید سرعت موتور را تغییر دهید تا بالابر یک چرخه را دقیقا در طول شصت ثانیه انجام دهد.
برای این کار به کورنومتر نیاز دارید.
موتور را روشن کنید و هنگامی که چرخ دنده بالابر نقطه مشخصی را لمس کرد، کورنومتر را کار بیاندازید. هنگامی که چرخ دنده دوباره از همان نقطه عبور کرد کورنومتر را متوقف کنید. زمان محاسبه شده را ببینید و سرعت را محاسبه کنید.
T = زمان موجود در کرنومتر
t = 60 ثانیه (زمانی که بالابر برای کامل کردن چرخه نیاز دارد)
M = سرعت اولیه موتور
m = سرعت جدید موتور
سرعت جدید موتور m = (T*M)/t
این معادله را در کد خود وارد کنید و دوباره زمان را اندازه بگیرید. این فرآیند را تا زمانی که نتیجه رضایت بخش باشد تکرار کنید.
آزمایش و عیب یابی
برای اندازه گیری زمان، ساعت خود را چک کنید و توپی ها را در جای درست قرار دهید. سپس موتور را روشن کنید. حالا به حرکت کردن تیله ها نگاه کنید و موارد زیر را بررسی کنید:
- آیا توپی ها در مسیر خود گیر می کنند؟
- آیا بالابر می تواند در هر دقیقه توپی را بالا ببرد، بدون این که آن را بیاندازد؟
- آیا دستگاه در طول چندین ساعت دقیق کار می کند؟
اگر به هر کدام از این مشکل ها برخورد کردید، طراح پروژه راهنمای عیب یابی برای این موارد فراهم کرده است. اما اگر هیچ مشکلی ندارید، پس شما در ساخت ساعت موفق بوده اید. احسنت!
عیب یابی
- حرکت توپی ها صاف و هموار نیست. راه حل: با استفاده از سمباده ریلها را صیقل دهید و لایه های فیلامنت اضافی را حذف کنید.
- موتور بعد از چند ساعت از حرکت می ایستد. راه حل: از یک منبع انرژی خارجی استفاده کنید.
- ساعت دقیق نیست. راه حل: مرحله زمان بندی را تا زمان حاصل شدن نتیجه دلخواه تکرار کنید.
- توپی ها می افتند. راه حل: سطحی که ساعت روی آن قرار دارد را عوض کنید.
اصلاح و انجام تغییرات دلخواه
تغییرات بسیار زیادی را می توان در این ساعت تیله ای اعمال کرد اما همه این ها به شما بستگی دارد. چند نمونه را در زیر میخوانید:
- می توانید یک زنگ به سیستم اضافه کنید تا سر هر ساعت صدای زنگ شنیده شود.
- اگر از این طراحی که توپی ها مستقیما از روی یک ریل به ریل دیگر می افتند راضی نیستید، می توانید به سیستم حرکت توپی ها پیچ بدهید تا جذاب تر و شیک تر شود.
- می توانید یک AM-PM (صبح – عصر) اضافه کنید.
- می توانید ساعت را در اندازه بزرگ تر پرینت کنید و یا از توپی های متفاوتی استفاده کنید.
