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机械“梯”—— 一个不带电的电梯

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发表于 2017-1-27 21:38:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 hello怪 于 2017-2-2 19:53 编辑

重      要:
我在乐高结构版重新开了个“高清重制版”。如果您在这里没有看明白(我自己都没太看懂这篇帖子,尤其是图片部分。。。。。。),请移步这里:

http://bbs.cmnxt.com/thread-21313-1-1.html


以下为原文:

经历了四周左右的辛勤工作,纯机械的电梯总算是完成了。。。。

什么是纯机械呢?没有电池,没有电机,没有开关,没有传感器,更没有ev3!(非洲土著表示我现在还没有ev3,只有nxt。。。。一说起来,整张黑脸都是泪啊。。。)



视频。。。终于。。。。过了。。。。链接:http://v.youku.com/v_show/id_XMjQ5MDczODAwMA==.html


控制:         是走一层,两侧还是三层?(我的电梯只有四层,走三层就到头了)是向下走,还是向下走?


与其他的电梯不太一样,这个机械电梯不能精确控制到具体的哪一层。这样的控制方式需要进行运算,这对纯机械控制系统来说还是太复杂了,于是我就简化成了这样——不需要知道电梯在哪层,要到具体的那一层,只需知道一次走多远,向哪个方向走。

原理:

控制电梯上下的原理很简单(只是原理很简单。。。),只用一个闭环控制就可以做到。我在设计之初将其分为几个机构——动力,方向(上下)切换,选择与控制(旋转盘,刹车,功能切换机),楼层信息检测,以及牵引机构。

回力马达提供单一方向的动力(因为它只能这么转),而后传至刹车与方向切换机上。方向切换可以用离合齿轮切换电梯上行或下行,动力而后传输到牵引机构。牵引机构为几个定滑轮,一根牵引绳从中穿过以获得足够的摩擦力(不然绳子与轮子会打滑),绳一端连接电梯,一端连接配重(其实真实的电梯就是这么干的?)。另一方面,功能切换机可以控制电梯是行走,还是进行楼层选择与上发条;行走时刹车松开,控制盘对电梯运行进行控制,不行走时玩家对控制盘进行选择,或者上发条。在我的作品中,这个机构还可以扮演紧急刹车的角色

牵引机带动电梯上行或下行,箱体每经过一个楼层,箱体中的四齿齿轮就会被框架上的销带动,并转动四分之一圈。这就是楼层信息检测。这转动传递至旋转盘,因此电梯经过的楼层数与旋转盘转动的角度是成比例的。当选择盘转过一个角度时,就会转到“正中位置”。在这个位置上,旋转盘会成为另一个刹车,使电梯箱停止运行。如何控制这个“转动的角度”呢?旋转指针的初始位置不同,转动的角度就不同呗。就好比表盘:我先将指针放到一点的位置,指针转到十二点就要转负三十度,两点就是负六十度;与此相对,十一点就是三十度,十点就是六十度。

这样,我就能通过旋转盘控制轿厢怎么走啦。

(说了这么多,还不如一张图简单——这张图大家将就着看/笑哭)


====================================幕前&幕后の华丽分割线===========================

这个机械电梯的诞生过程实在是太艰辛了。。大致算了一下,从前到后我至少用了四十个小时才做出目前这个电梯。

设计难度大的原因有四:第一、回力马达的扭力实在是小的不忍直视。我看论坛里大部分同志们都是用绳子直连箱体和马达。我开始时也是这么做的,然而这样牵引的话,回力马达根本提不起来箱体。。。所以改进了一下,增加了一个配重,尽可能减少箱体重量对输出的阻碍。

第二、乐高是个塑料的玩具,齿轮,轴,孔和梁的一点点变形都会带来很大的摩擦。齿轮越多损耗越大,扭力越大损耗也越大甚至总的静摩擦力会超过马达的输出,直接停着不走了。。。如果用电动马达的话影响倒是不大,可以通过提高传动比例来获得更大的扭力。如果用ev3更没问题了,直接用数据线一连就可以了,电机直接对输出。然而我们可爱的回力马达经过减速齿轮的损耗之和输出就所剩无几了。。。所以,我费尽脑细胞对传动机构做了大幅度简化,并且对框架进行了加固以防其变形。

(然而这并没有什么卵用。。。)同样一个结构搭出来,有时候效果还可以,有时候却摩擦力大的吓人。减小摩擦,关键在于调试,而且是很细微的调试。这和调试程序还不一样,程序这个东西,理论上没问题实践起来就没问题,而机械这个东西,理论上完美,造出来却并不成功,更恶心的是你不知道摩擦出在哪里


第三、乐高的长轴实在是恶心。实、在、太、软、了!各位看看自己手上的长轴,有哪个是没有弯几个弯的?电梯一经过这些弯弯曲曲的地方几乎就要直接卡死了;而且这个长轴一受到扭动就变形的更厉害了。。。

第四、控制机构实际上是最难设计的部分(但也是我这个电梯最出彩的地方)。ev3用个砖头控制就可以了,而机械嘛?这个东西我就再不自夸了,嘿嘿

最后,说一说用做纯机械感想与建议:

做这样的工程,难度不是我之前那样玩纯编程能比的了的。。。做纯机械,尤其是像我这样使用了大量非常规传动、控制方式的,尤其需要耐心,甚至是忍耐力。。。很多很多次我都想把手中莫名其妙停下来不干活的结构丢出窗外。。。在过程中,我也一度想放弃回力马达驱动,直接改成手摇电梯;后来灵机一动想到了简化传动的方法,才避免做出手摇动力电梯这么尴尬的东西

回力马达的输出很有美感——缓慢,均匀,仿佛时间的流逝;为了这个美感,付出代价也值!







第一代控制(计数)机构

第一代控制(计数)机构
IMG_20170102_001927.jpg

第一代控制机构

第一代控制机构

第一代框体

第一代框体

第二代框架

第二代框架
IMG_20170113_094358.jpg

第三代全貌

第三代全貌

第二代

第二代

二代控制机构(面板

二代控制机构(面板
IMG_20170124_190421.jpg

第二代控制机构

第二代控制机构

牵引机构特写

牵引机构特写

第三代轿厢,楼层检测机构

第三代轿厢,楼层检测机构

第三代轿厢

第三代轿厢

第三代侧照

第三代侧照

第三代

第三代

二代三代控制机构对比(大幅减少齿轮数量)

二代三代控制机构对比(大幅减少齿轮数量)

第三代方向切换机

第三代方向切换机

第三代控制

第三代控制
IMG20170125221210.jpg

第二代

第二代
IMG20170124220432.jpg
IMG20170124220407.jpg
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IMG20170124214956.jpg

第二代

第二代

第三代特写

第三代特写

第二代框架,只有一根立柱,走极简主义路线

第二代框架,只有一根立柱,走极简主义路线
IMG20170108130118.jpg

第一代,四根立柱摩擦力太大,不得不改进

第一代,四根立柱摩擦力太大,不得不改进
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发表于 2017-2-5 17:21:57 | 显示全部楼层
非常精彩的结构,每个地点都能看出楼主的心思缜密
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 楼主| 发表于 2017-1-27 21:40:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 hello怪 于 2017-1-27 22:57 编辑

(补充楼,请勿回复)
——————另外补充一点,我的电梯按照这个原理,是可以做成无限层的哦。只是受限于回力马达行程有限,另外乐高单个轴最长也就是这么长

——————再再补充一点,这个电梯运用了闭环控制,不会有误差累积。也就是说,第一次运行有多精准,第一百次就有多精准。(有些网友采用的是开环控制,每次运行距离的误差会随着运行次数增加,逐渐累积到“可怕”的程度——这样的结果,追求完美的我怎么会接受呢(虽说我的电梯第一代的控制原理就是这样的。。。。。),嘿嘿

控制原理简图

控制原理简图
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发表于 2017-1-28 16:59:56 | 显示全部楼层
有点乱,发个视频吧
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 楼主| 发表于 2017-1-29 16:18:55 | 显示全部楼层
确实是乱了一点

不过做了这么长时间,图片也拍了不少,再加上结构功能比较复杂,另外我对这个电梯的爱千言万语道不尽。。。就写的比较乱了

我会在机械结构版重新写一篇帖子,不过这需要一点点的时间

优酷没给我通过。。先发上百度云的分享。点进去以后也可以在线播放,又何必苦等优酷审核呢?

链接:http://pan.baidu.com/s/1bo7FeCf 密码:soxy
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发表于 2017-1-30 13:08:47 | 显示全部楼层
等了你这些天总算发了~挺牛哔的东西 没有视频最后得不了奖就可惜了啊
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 楼主| 发表于 2017-1-30 16:51:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 hello怪 于 2017-1-30 16:53 编辑

重新发了一遍视频,不知道能不能过。。。
我要在机械结构版另开一个贴子了,嘿嘿
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 楼主| 发表于 2017-1-30 17:31:01 | 显示全部楼层
终于。。。过了。。。。。。。。

链接:http://v.youku.com/v_show/id_XMjQ5MDczODAwMA==.html
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发表于 2017-1-31 17:42:06 | 显示全部楼层
玩齿轮的专业玩家啊
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 楼主| 发表于 2017-2-2 19:57:14 | 显示全部楼层
“高清重制版”终于写完了。。。。我重写了一遍,条理比这篇要清晰一些。如果您在这里没有看明白(我自己都没太看懂这篇帖子,尤其是图片部分。。。。。。),请移步这里:

http://bbs.cmnxt.com/thread-21313-1-1.html
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发表于 2017-2-7 18:13:52 | 显示全部楼层
齿轮结构好复杂,从中学到了不少东西。
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发表于 2017-2-9 00:40:33 | 显示全部楼层
纯机械居然都可以做出状态机,做出闭环控制,不错啊。我更欣赏楼主做纯机械没有借用人脑和人眼
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发表于 2019-8-16 10:41:55 | 显示全部楼层
不错,支持下!!!!!!!!!!
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