Мститель в сборе:шлем Железного человека и дуговой реактор

Необходимые инструменты и машины

3D-принтер (общий) Мы использовали Lulzbot Mini, который отлично проработал более 1 года (за исключением нашей гибкой головки, которая имеет никогда не работал :()

Приложения и онлайн-сервисы

	IDE Arduino
	Autodesk Netfabb
	фритзинг

Об этом проекте

Avenger в сборе:3D-печать и управляемый Arduino шлем Железного человека и дуговой реактор.

Введение и мотивация:

Моя мотивация к созданию этого шлема началась с моего самого первого шлема, который я когда-либо делал. Это был картонный шлем Antman из нескольких видео, которые я нашел в Интернете. Это было действительно круто (я был большим поклонником чуда), поэтому я решил, что действительно хочу сделать шлем Железного человека. Я только что был на выставке National Maker Faire в Вашингтоне, округ Колумбия, и всем понравился шлем Antman. Это еще больше вдохновило меня на создание Железного человека. Я прошел через несколько прототипов, начиная с другого шлема из картона. Этот шлем был слишком маленьким, поэтому я разработал свой собственный шлем, на этот раз, когда я собрал его, он больше походил на шар на моей голове, чем на тот, что был в фильме. Наконец, я перешел к бумажной модели. Эта бумажная модель выглядела фантастически, но я столкнулся с еще одной проблемой. Бумажная модель оказалась слишком хлипкой. Я попытался исправить это, но ничего не вышло, поэтому я решил напечатать шлем на 3D-принтере. Я наконец сделал тот, который был достаточно устойчивым, а также достаточно большим, чтобы вместить мою голову и мотор.

• Изготовление шлема и дугового реактора:

3D-печать:

1) Разделение на части - ПО

Первым шагом к созданию этого шлема был поиск файла в Интернете и его печать. Файл, который я нашел, был моторизованным шлемом Железного человека. Файл, который я скачал из thingiverse, состоял из трех частей:основная часть, подбородок и лицевая панель. Поскольку все три части были слишком большими для рабочей пластины моего принтера, мне пришлось найти программное обеспечение, которое могло бы разрезать мой шлем на части. Во время поиска в Интернете я обнаружил в Интернете бесплатное программное обеспечение под названием netfabb basic. Я скачал инструмент и загрузил в него свой файл. Netfabb basic был очень прост в использовании, и я смог разрезать части шлема. Затем я распечатал деталь на основном шлеме, подбородке и лицевой пластине. Просматривая отпечатки, я склеивал их вместе скотчем и проверял, подходит ли размер. Когда все части были напечатаны и было израсходовано 1 ½ рулона нити, у меня был шлем из 24 частей.

2) Выбор подходящего клея

Следующей задачей было найти подходящий клей для склеивания деталей. Чтобы клей работал, он должен отвечать трем требованиям:

• Он должен был скреплять детали прочной связью,

• быстро вылечить

• легко шлифовать.

Мы протестировали 4 различных вида клея:E6000, JB Weld KwikWeld, JB Weld Plastic Bonder и эпоксидную смолу Loctite Plastic Bonder. В конечном итоге мы использовали KwikWeld, потому что он отвечал всем трем требованиям. Чтобы прикрепить детали, в первую очередь нужно сделать склеиваемые стороны шероховатыми. Я использовал пилку для придания шероховатости гладким сторонам, пока деталь не стала шероховатой с небольшими бороздками и карманами. Это поможет деталям склеиться. Затем мы смешали JB KwikWeld с равными частями отвердителя и стали, равномерно распределили по обеим сторонам пилки и прижали их друг к другу. Если у вас есть зажим, вставьте его в зажим и сотрите излишки клея. Для высыхания требуется около 10 минут, но лучше оставить его дольше.

• 3) Разработка сервомеханизма.

Следующей задачей при создании шлема Железного человека была разработка сервомеханизма. Поскольку я изо всех сил пытался понять, как прикрепить сервопривод к шлему, с изображениями на странице thingiverse , Решил сделать свою. Сначала я спланировал, где будет сервопривод, и измерил прямую линию от сервопривода до места крепления. Затем я предположил, под каким углом будет располагаться сервопривод. Первый дизайн был немного неправильным из-за слишком острого угла. Следующий я исправил, и он был как раз правильным. Затем я вкрутил рычаг в сервопривод и место крепления, чтобы посмотреть, подходит ли он. Это сработало! Наконец, я разработал зажим, который поместился вокруг сервопривода, и распечатал его. Я все собрал, и мы сделали самый первый тест. Он был неустойчивым, и лицевая панель не поднималась до упора плавно и равномерно. Чтобы решить эту проблему, я согнул металлическую вешалку, придав ей прямоугольную форму, и вставил ее в прорези, где должна была находиться деталь, напечатанная на 3D-принтере. Затем я разработал зажимы, чтобы они шли под плечики, чтобы они не упали. Я вырезал прорези в верхней части шлема ножовкой, а затем собрал все вместе. Мы попробовали это во второй раз, и он отлично сработал!

4) Сборка и покраска

Наконец, все было готово к покраске. Я все разобрал и нанес первый слой грунтовки белого цвета. Когда грунтовка была готова, я замаскировал часть подбородка малярным скотчем и покрасил шлем в красный цвет. Что касается лицевой панели, я покрасил ее полностью в золото. Поскольку золото сохнет быстро, это скоро было сделано, но красная краска сохнет очень медленно, поэтому я оставил ее сушиться. После того, как все детали высохли, я снял ленту с подбородка и замаскировал все, что рядом с ним, которое все еще было белым. Затем я использовал оловянную фольгу и обернул ею остальную часть шлема. Затем я покрасил белую часть в золото и подождал, пока она высохнет. Затем я снова собрал шлем снова . и собрать все вместе. Затем я провел последний тест, и он сработал!

5) Дуговый реактор:

Следующим было изготовление дугового реактора. Сначала я измерил размер неопиксельного кольца и разработал футляр для его хранения. Затем для крышки я использовал дизайн от кого-то из thingiverse и изменил его в соответствии со своими потребностями. Вы можете найти оригинальную модель здесь:http://www.thingiverse.com/thing:33021 Новый дизайн обладал почти такими же характеристиками, хотя некоторые части его немного не соответствовали пропорциям. Я распечатал корпус и верх, и они очень хорошо подошли. Единственная проблема заключалась в том, что Neopixel был слишком маленьким для корпуса. оказалось, что я ошибся в своих расчетах, поэтому я вернулся и изменил это. На этот раз он подошел. Затем я добавил два отверстия для проводов и перемычку наверху для веревки, чтобы я мог носить ее на шее. Наконец, я добавил дефузор из полупрозрачной нити абс, которая плотно прилегала к корпусу. Наконец-то печатная часть была сделана!

Электроника:

Как только 3D-печать была сделана, мы знали, что у нас есть отличная платформа для встраивания некоторой электроники. В этом проекте мы хотели бы управлять 1 серводвигателем, который прикреплен к лицевой панели шлема. Мы также хотели бы управлять кольцом Neopixel в Arc Reactor. Мы использовали Arduino Uno в качестве основы системы управления для этого проекта. Однако существует множество других типов плат, которые также можно использовать, и по этой причине мы сохранили общее программное и аппаратное обеспечение. Фактически, в этом проекте мы использовали как Uno, так и Arduino101 как взаимозаменяемые. Это также позволит расширить возможности в будущем и создать связанный шлем со встроенным BLE 101!

Железному человеку нужно будет привести в действие серводвигатель шлема и неопиксельное кольцо дугового реактора. Мы использовали ВЫКЛЮЧЕНИЕ ЕМКОСТНОГО СЕНСОРНОГО ДАТЧИКА ADAFRUIT MPR121 с 12 клавишами для обеспечения сенсорного интерфейса. Эта коммутационная плата позволяет использовать 12 различных входов и взаимодействует с Uno через I2C. 12 контактов оставляют много места для будущего расширения, а I2C является частью стандартных пакетов IDE для семейства Arduino, что дает нам возможность менять платы без перепрограммирования. Он хорошо документирован, а представленные примеры программного обеспечения позволяют легко понять, как использовать его в нашем эскизе.

Мы подключили провода с оголенными концами, чтобы задействовать наши емкостные сенсорные переключатели. Хотя мы не видим традиционного «дребезга переключателя», подобного тому, который наблюдается с механическими переключателями, одно касание вызовет несколько ударов, как loop () в скетче arduino опрашивает плату. Чтобы сервопривод не «дребезжал» в ответ на эти удары, мы реализовали программный механизм задержки 1/4 секунды при считывании касаний. После тестирования Uno и MPR121 мы добавили серводвигатель и блоки питания.

Принимая во внимание использование серводвигателя под нагрузкой и желание «развернуть» этот проект на выставке NYC Maker Faire в 2016 году, одним из наиболее важных аспектов этого проекта является источник питания. Нам сказали, что проектирование источников питания - одна из наиболее важных, но наименее привлекательных областей электротехники. Ни один из нас не является инженером-электриком, поэтому решение, которое мы придумали, представляет собой сочетание того, что мы читаем, будет работать, того, что мы поняли, что у нас есть в наличии и что у нас есть для работы. Поэтому мы не утверждаем, что это лучшее решение, и с нетерпением ждем предложений по улучшению.

Из-за нагрузки на сервопривод, потенциальной обратной ЭДС и рекомендаций https://www.arduino.cc/en/Reference/Servo мы решили запитать сервопривод отдельно от Uno. Питание и земля серводвигателя были подключены к источнику питания и заземлению аккумуляторной батареи 4XAA. Очень важно, чтобы земля Uno, сервопривод и аккумуляторная батарея были соединены, чтобы замкнуть цепь. Мы делаем это, соединяя вместе заземляющую шину платы Perma-Proto, аккумуляторную батарею 4XAA и провод от контакта заземления Uno, как показано на схеме Fritzing ниже.

Первоначально у нас также было кольцо Neopixel, которое также питалось от аккумуляторной батареи 4XAA. Мы изменили это, поскольку при включении и выключении кольца Neopixel казалось, что сервопривод «дребезжит» немного. Однако это могло произойти из-за низкого заряда батарей во время тестирования. К сожалению, мы заметили это накануне Maker Faire и уже были на Perma-Proto. Мы решили напрямую подключить Neopixel Ring к Uno и одновременно заменить батареи на новые. Это устранило проблему, но не дало ответа на вопрос. Возможно, поскольку мы работаем над улучшением проекта в будущем, мы продолжим это делать.

Вся схема была прототипирована на макетной плате, а затем просто перенесена на плату Adafruit ¼ Perma-Proto. Благодаря защищенному корпусу это один из самых простых способов быстро создать развертываемый пакет для вашего проекта. Мы разработали и напечатали индивидуальный корпус из синей нити HIPS, как показано ниже. Весь блок с батареями был упакован в чехол для камеры для Maker Faire!

Программное обеспечение:

В настоящее время существует 2 версии скетча: IronMan02.ino . и IronMan04.ino . Оба будут работать с настройкой оборудования, как описано в этой статье.

Первый, IronMan02.ino это готовая версия, которая следует духу «Совершенство - враг завершения». У нас был крайний срок, и эта версия, хотя и не изящная, выполнила свою работу. В этой версии вы увидите, что мы создали объекты, представляющие шлем и дуговой реактор. Это было сделано в ожидании реализации многозадачности на Arduino в будущих версиях, так что это не было полной спешкой. Мы настоятельно рекомендуем прочитать серию из трех статей о многозадачности Arduino Билла Эрла из Adafruit. Наш код основан, особенно на IronMan04.ino, основан на примерах, идеях и рекомендациях из этого набора из 3 руководств. Эти статьи выведут вас за рамки основ программирования на Arduino и позволят вашим проектам по-настоящему взлететь!

Одна проблема, с которой мы столкнулись, заключалась в том, что лицевая панель открывалась и закрывалась слишком быстро. Мы решили эту проблему с помощью метода delay () . функция для замедления и плавности движения лицевой панели. Да, если доктор Reallyevilbadguy собирается выстрелить Железному Человеку в лицо своим суперсмертным лазером, вам нужно, чтобы шлем закрылся быстро, но в демонстрационных целях более медленное и плавное движение выглядит намного лучше.

  // перемещаем шлем вверх, блок на 1/4 секунды, чтобы избежать дребезга / отскока при касании крышки. switch void up () {если ((millis () - lastSwitched)> 250) {lastSwitched =millis (); if (! HelmUp int currPos =0; while (currPos  

  void flipFaceplate () {// блок синхронизации для защиты от дребезга / отскока if ((millis () - lastFlipped)> 500) {. . .  

  void Update () {if (flipping &(millis () - lastMoved)> =15) {lastMoved =millis (); если (направленность ==ВВЕРХ) {currentPos =currentPos + 3; } else {currentPos =currentPos - 3; } Serial.print ("текущая позиция:"); Serial.print (currentPos); шлемServo.write (currentPos); } если ((currentPos> =upAngle) || (currentPos <=downAngle)) {flipping =false; }}};  

  if ((currentPos> =upAngle) || (currentPos <=downAngle)) {flipping =false; }