XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Автоматический поворотный столик
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Мой друг любитель фото и видео съемки и недавно он увлекся предметной съемкой. Как самый простой пример- создании красивых фото и видео для товаров на маркетплейсе.
Для красивой демонстрации предмета со всех сторон нужен не только хороший фотоаппарат и свет, но еще и автоматический поворотный столик.
Самый просто столик диаметром 15см стоит от 1500 рублей и выше. Бюджетный вариант изготовлен из не самого качественного пластика, работает от батареек. Столик с бОльшим диаметром, выбором скорости и управлением с дистанционного пульта стоит уже гораздо больше.
Была сформулирована гипотеза:
Доступные аддитивные технологии способны заменить товары, производимые массовыми способами для рынка.
Цель:
Разработать автоматический поворотный столик с помощью аддитивных технологий.
Задачи:
-
Подбор электронных компонентов.
-
Разработка 3D модели.
-
Печать и апробация модели.
1. Основная часть
1.1 Аддитивные технологии
Аддитивные технологии (Additive Manufacturing) — метод создания трехмерных объектов, деталей или вещей путем послойного добавления материала: пластика, металла, бетона и т.д.
Преимущества аддитивных технологий и их отличие от традиционного производства:
Быстрота изготовления. Традиционными способами сложную деталь производят в течение месяцев, а с 3D-печатью ее можно сделать за несколько часов. После изготовления часто не нужна дополнительная механическая обработка.
Безотходное производство. В традиционном производстве велик риск отправить неверно изготовленную деталь в отходы. При использовании аддитивных методов, если металлическая деталь не получилась, ее можно вновь превратить в порошок и из него опять напечатать то же изделие.
Отсутствие швов и сварных соединений. В отличие от традиционного производства, с помощью аддитивных технологий можно получить изделия с уникальными свойствами, без швов и стыков. Такие объекты невозможно изготовить с помощью сварки и штамповки.
Виды:
Лазерная стереолитография (Stereolithography, LSA) — самая первая технология 3D-печати, когда модели изготавливаются из жидких фотополимерных смол с помощью ультрафиолетового лазера или его аналога.
Послойное наплавление (Fused Deposition Modeling, FDM) — самая простая и распространенная технология. Она поддерживается всеми программами для проектирования. Трехмерный объект «выращивается» из нагретой пластиковой нити. Недорогие домашние 3D-принтеры обычно работают на этой технологии.
В проекте использована печать методом FDM на настольных принтерах FlashForge 4 Adventurer и Neptune 3 Plus. Они простые в обслуживании, удобные в эксплуатации и позволяют получать изделия с достаточно высоким качеством.
1.2 Виды поворотных столов
Поворотный стол представляет из себя вращающийся диск на неподвижной основе.
Поворотной стол может быть с мотором и без.
Без мотора чаще применяют для фотосъёмки объектов 360. Суть данной съёмки в том, что вы делаете фото объекта под разными углами и каждый поворот делаете руками. В результате вы снимаете товар со всех сторон, в специальной программе сшиваете фото и вас получается полноценное фото всего объекта. Применяют такой чаще для интернет-магазинов.
Чаще всего с такими столами работают кондитеры, так-как в нем нет электроники и он легко моется. А также кондитерское изделие можно гораздо быстрее украшать за счет быстрого вращения по оси.
Поворотные столы с мотором.
Они также бывают разные. Столы с шаговым приводом обычно имеют небольшие шаги, коллекторный привод обычно лишен этих недостатков и вращение более плавное и не ступенчатое.
Столы с мотором чаще применяют для съёмки видео, например, видеореклама, различных презентаций, для рекламы для больших экранов и многое другое.
Так же автоматические столики применяются при 3D сканировании предметов. Так-как обеспечивают достаточную плавность хода на большом сроке работы
1.3 Требования к изделию
Внешний вид: продукт должен выглядеть привлекательно, без заметных внешних дефектов
Прочность: поворотный столик должен выдерживать нагрузку до 1кг
Безопасность: все электронные компоненты должны быть в закрытом корпусе, без возможности прямого доступа.
Режимыработы: возможность выбора скорости работы крайне важное свойство для поворотного столика.
Универсальное: изготовление новых моделей с различными размерами должно происходить за минимальное время с минимальными тратами
1.4 Моделирование корпуса и механических частей
Модель корпуса изготовлена в CAD системе Fusion 360. Программа достаточно проста, работает в облаке.
Столик смоделирован диаметром 15см и крепится к основной части на 4 цилиндрических штырька, для быстрого доступа к внутренней части.
На нижней части расположено крепление для мотора, задающего движение и для всех управляющих плат.
Вращение от мотора передается на большую центральную шестерню, такая передача повысит плавность хода и позволит более точно управлять скоростью движения.
Шестерни смоделированы с помощью встроенного в программу модуля и соответствуют всем требованиям инженерного проектирования. Передача осуществляется с соотношением 5к20.
Главная шестерня размещается на самостоятельно изготовленном подшипнике скольжения. Он нужен для уменьшения трения скольжения, увеличения плавности и долговечности работы.
1.5 Сборка схемы и программирование
Управляет мотором плата ArduinoUno. Очень маленький программируемый микропроцессор. Его функционала с избытком достаточно для данного проекта.
В качестве мотора принят самый простой и доступный шаговый мотор с дополнительной платой-драйвером.
Скетч Arduino Uno
|
#define in1 7 #define in2 8 #define in3 9 #define in4 10 // пауза между шагами, минимум 10 мс int dl = 20; void setup() { pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(in3, OUTPUT); pinMode(in4, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW); |
digitalWrite(in3, LOW); digitalWrite(in4, HIGH); delay(dl); digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, HIGH); digitalWrite(in3, LOW); digitalWrite(in4, LOW); delay(dl); digitalWrite(in1, LOW); digitalWrite(in2, HIGH); digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, LOW); delay(dl); digitalWrite(in1, LOW); digitalWrite(in2, LOW); digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, HIGH); delay(dl); } |
1.6 Стоимость
Электронные компоненты закупались на маркетплейсах и в интернет магазинах. Их стоимость очень варьируется от количества покупаемых шт за один заказ.
Пластик для печати приобретался также на маркетплейсах в катушках по 1кг. На печать одной модели уходило порядка 100-130 грамм пластика.
|
№ |
Наименование |
Стоимость |
|
1 |
Arduino Nano |
250 |
|
2 |
Шаговый мотор с драйвером |
100 |
|
3 |
Пластик |
100 |
|
Итого |
450 |
Итоговая стоимость продукта в два раза меньше минимальной рыночной цены на похожий товар.
При увеличении размеров, электроника не меняется, только увеличивается расход пластика. Что не особо критично скажется для стоимости.
Заключение
Все поставленные задачи были решены. Цель реализована.
Текущий продукт функционален, выполняет поставленные перед ним задачи и может быть использован, с ограничениями в профессиональной съемке. Поворотный столик не уступает по работе покупным образцам, что подтверждает гипотезу.
Работа над проектом будет продолжена. Основная задача доработать визуальный вид столика, сделать его более привлекательным и удобным в использовании.
Список использованной литературы
-
Крейг, Джон. Введение в робототехнику. Механика и управление. - Институт компьютерных исследований, 2013.
-
Келби Скотт. Фотография шаг за шагом. Просто и понятно— АСТ, 2023.
-
Поляков, К.Ю., Еремин, Е.А. Информатика, углубленный уровень: учебник для 11 класса. В 2-х частях. - Бином, 2022.
-
Предметная фотография в рекламе. Схемы света и спецэффекты–
-
Издательство Студии Артемия Лебедева, 2017.
-
Материалы сайта https://store.r-ed.world/wiki/performers/motorx