Programování elektroniky: Motorizovaný talíř pro efektní video a fotogrammetrické 3D skenování

Chcete si natočit plynule se otáčející předmět? Anebo chcete vyzkoušet 3D skenování pomocí fotogrammetrické metody? Na začátku budete potřebovat motorizovanou platformu, která se bude otáčet podle zadání. A přesně tu si dnes postavíme

Na jaře jsme se v našem seriálu o programování elektroniky podívali na některé základní součástky, ze kterých se skládá každá domácí 3D tiskárna. Tou nejdůležitější je vedle trysky a topného tělíska samozřejmě krokový motor – v anglické hantýrce stručně stepper.

Tentokrát se k němu vrátíme a postavíme si nad ním základní prototyp přesného otočného zařízení. Česky řečeno, postavíme si motorový otočný talířek.

Podívejte se na video, co si dneska společně postavíme:

Otočný talířek z 3D tiskárny

Co k tomu budeme potřebovat? Jelikož ne každý má doma ve sklepě průmyslový soustruh, o všechny díly se postará běžná domácí 3D tiskárna. Dohromady budeme muset vytisknout tři díly. Tím největším bude válcová nádoba s průměrem 154 mm, uvnitř které bude přišroubovaný krokový motor.

Červené ozubené kolečko bude na hřídeli motoru, prstenec pak zacvaknutý v nádobě. Jelikož se skládá ze dvou kusů, které po sobě kloužou jako ložiska, může se otáčet

Na hřídeli motoru bude připevněné první ozubené kolečko s průměrem 20 mm a s 12 zuby. Kolečko bude konečně otáčet prstencem zacvaknutým v horní části nádoby. Prstenec s průměrem 148 mm a 84 zuby bude zároveň sloužit jako ložisko, skládá se totiž ze dvou částí, které tiskárna vyrobí v jednom kusu.

Kompletní sestavená otočná platforma. K tisku jsem použil běžnou hmotu PLA, která pro experimenty bohatě stačí. Pro produkční verzi by se hodil odolnější PETG nebo třeba ASA

Jelikož nepoužijeme žádná kuličková ložiska a mazivo, právě tření těchto dvou částí prstence bude limitovat nosnost našeho talířku. Na stranu druhou, 3D motor pro tiskárny si hravě poradí i se zátěží několika kilogramů!

Model pro 3D tisk najdete na mém Tinkercadu. Vycházím z tohoto komplexnějšího projektu na Thingiverse:

Převodní matematika

Ještě jednou, ozubené kolečko na hřídeli motoru bude mít 12 zubů a prstenec, kterým bude otáčet, 84 zubů. Naše primitivní převodovka proto bude disponovat poměrem 7:1. Hřídel krokového motoru se bude muset 7× otočit o 360°, aby se o celých 360° otočil i talíř. A jelikož otáčení našeho krokového motoru můžeme řídit – jak už název napovídá – po jednotlivých krocích, přičemž každý z nich bude odpovídat 1,8° (200 kroků na 360°), získáme poměrně slušnou teoretickou přesnost.

Hřídel má proti prstenci převodní poměr 7:1

Pokud se v tom už trošku ztrácíte, tak nabídnu několik převodních příkladů. Jelikož pracujeme s převodem 7:1, platí:

• Jedno celé otočení hřídele o 360° odpovídá 51,4° otočení talířku
• Otočení hřídele o 90° odpovídá 12,9°otočení talířku
• Otočení hřídele o 1 krok (1,8°) odpovídá 0,25714° otočení talířku
• K otočení talířku o 1° proto potřebujeme 3,88888 kroků motoru

Nutno ale podotknout, že toto je pouze teorie, která předpokládá matematicky dokonalé konstrukční díly. Jelikož si ale všechny vyrobíme na běžné 3D tiskárně s 0,4mm tryskou, takže zuby o sebe budou více drhnout, a stejně tak ložiska prstence, cílem experimentu bude hlavně řízení samotného otáčení a určitě ne laboratorní přesnost na úhlové sekundy.