Hvordan bygge en Claude Shannon jonglermaskin: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Claude Shannon var en strålende ingeniør/matematiker som skapte informasjonsteori og i utgangspunktet velsignet oss med den digitale verden. Han var en sjonglør og enicyklist, og han skapte den første sjonglermaskinen. Jeg bestemte meg for å bygge en sjonglermaskin basert på designet hans, selv om han ikke etterlot oss noen spesifikasjoner for å bygge en. Ved å se videoen av maskinen hans og to andre universitetsbygde maskiner fant jeg på en fungerende maskin. Jeg vil dele spesifikasjonene til maskinen min i håp om at noen med ekte maskinmest ferdigheter vil bygge en mye hyggeligere maskin. Nå fungerer maskinen som jeg bygde overraskende bra med tanke på at den er laget av mest søppel jeg hadde liggende eller deler fra andre prosjekter, har et lite motspill, er montert på en ramme som bare hviler på noen lærebøker på gulvet, og har en motor som noen ganger bestemmer seg for å øke farten eller bremse på egen hånd.

Sjekk ut videoen. De følgende trinnene viser den grunnleggende konstruksjonen, spesifikasjonene og hvordan du justerer styrken og plasseringen av ballkastearmen.

Legg også merke til det i videoen min rundt klokken 0:40, at de hoppende ballene sporer uendelig -symbolet. Interessant.

Jeg utfordrer alle til å bygge en virkelig pent bearbeidet sjonglermaskin med metall eller til og med 3D -utskrift. Jeg har sett noen forespørsler på internett om en fungerende sjonglermaskin, men det ser ikke ut til at noen har en tilgjengelig.

Et annet alternativ ville være å simulere en fungerende maskin på Matlab eller noen simuleringsprogramvare.

Hvis noen har kunnskap om hvor Claude Shannons jonglermaskin befinner seg, ville jeg sette stor pris på det. Jeg beklager at han ikke publiserte noen detaljer om designet hans. Og noen få fotografier av maskinen hans ville snakke mye.

Til slutt vil jeg bare rette en stor takk til Claude Shannon for å ha grunnlaget for vår digitale verden.

Her er en video av Claude Shannon og hans sjonglermaskin: Claude Shannon Jugging

Trinn 1: Den grunnleggende jonglermaskinstrukturen

Rammeverk: rammen er bare et par bambusskjærebrett som er relativt tunge og et godt feste for de andre delene. Du kan bruke alt annet enn å innse at du kanskje må flytte motorfeste litt rundt.

Hovedlager: hovedlageret er en sykkelaksel som er plassert i to lagerfester. Jeg kjøpte dem separat, men de passet perfekt og det er absolutt ingen lek. Ikke si at du kan slå denne peilingen.

Hovedkopparm: Jeg brukte karbonfiberstangpoler til kopparmen. Jeg brukte et mindre stykke som passet perfekt på sykkelakslen, og epokset det deretter inne i et hull i hovedkopparmen. Veldig stiv og fungerer bra.

Kopper: koppene eller hendene er bare noe svampskum (datamaskinpakningsskum) som er limt til papptrekanten. Inne i pappa er det en vinyltrekant laget av en vinylnotatbok. Den hardere overflaten på vinylen holder og slipper stålkulen mer konsekvent enn pappet. Du kan sikkert finne ut bedre kopper, men det var alt jeg hadde rundt. Jeg trodde at det kanskje ville fungere best å kutte opp bordtennispadler, men de er litt tunge. Må holde koppene lette som mulig.

Motorfeste: Jeg monterer motoren på bambusplaten med en motorfeste i aluminium. Du må flytte den rundt, så et bevegelig feste er ideelt, men jeg hadde ikke en god måte å gjøre det på. Så jeg måtte bare skru av alt, flytte det, skru det inn igjen. Tar tid. Men festet er ikke for kritisk - bare hold det i utgangspunktet der den lange motorarmen er festet til hovedkopparmen.

Motorakseladapter: du trenger en måte å feste motorakselen på den korte armen. Jeg fant disse 5 mm adapterne som var perfekte.

Liten motorarm: den korte armen er et stykke flat aluminium. Lett å bore hull i, og du vil sannsynligvis bore flere til du finner det ideelle justeringspunktet.

Stor motorarm: to svingspenner (8 mm) med gjengestang mellom dem gir god justering. Du vil bruke mye tid på å justere denne armen.

Trinn 2: Spesifikasjoner

Det er omtrent 9 kritiske armlengder, festepunkter og andre spesifikasjoner som må tas i betraktning for å få denne maskinen til å fungere. Jeg beregnet faktisk permutasjonene for bare de mulige justeringene jeg kan gjøre på maskinen min, og den kom ut til rundt 60 000. Av dem vet jeg ikke hvor mange som faktisk ville fungere.

Når jeg ser på diagrammet ovenfor, vil jeg forklare hver måling.

1. Avstanden mellom lommene på de to koppene (eller hendene) er i mitt tilfelle 54 centimeter. Hvis du plasserer de to koppene for nær, vil det ikke gi nok plass til ballen til å sprette, og å plassere dem for langt fra hverandre vil sprette ballen for kort til å bli fanget i den andre koppen. Men armen skulle være justerbar, og jeg gjorde dette ved å plassere de to koppene på to innside fiskestangpartier som glir inne i den større hovedstangen. Så varmlimte jeg de mindre på plass.

2. Motoren er festet til to armer, en kort og en lengre. Den lengre er festet til koppstøttearmen omtrent 7,3 cm fra hovedlageret som hovedkopparmen roterer på.

3. Hovedlageret er omtrent 24 cm fra bakken eller overflaten som ballen vil hoppe på. I mitt tilfelle legger jeg til eller trekker fra en lærebok som maskinrammen hviler på. Ikke et ideelt oppsett. Rammen må virkelig være veldig tung eller festet til gulvet på en eller annen måte. Når maskinen min kjører, rokker den faktisk litt, og den typen lek er ikke en god idé, da det påvirker timingen til maskinen, 4. Avstanden fra hovedlageret til motorakslen er ca 15 cm.

5. Avstanden fra den vertikale justeringen av hovedlageret og motorakslen er 10 cm. Denne avstanden ser ikke ut til å være virkelig kritisk.

6. Avstanden fra motorakslen til det lengre festepunktet for armen på den kortere armen er 4,5 cm. Denne armen er kritisk for å justere de høyeste og laveste punktene på begge koppene. Hvis du trenger at ballen skal kastes lenger, må du forlenge distansen på den korte armen. Hvis du trenger begge koppene for å kaste mindre kraftig, så forkort den.

7. Den lengre motorarmen er sannsynligvis det mest justerte punktet på maskinen. Derfor gjorde jeg det enkelt å justere ved hjelp av to svingspenner og en gjengestang. Det er det eneste punktet hvor du differensielt kan endre koppernes kasthøyde og kraft. Ved å forlenge denne armen vil høyre kopp gå høyere og kaste lenger, og venstre arm vil gå lavere og kaste kortere. Ved å forkorte denne armen får du motsatt effekt. Det er justeringspunktet for utjevningen for de to koppene.

Et par andre variabler påvirker maskinens funksjon. Den ene er på størrelse med ballen. Jeg brukte en 15 mm stålkule. En mindre eller større ball vil kreve at alle de andre variablene endres. En annen variabel er motorhastigheten. Du trenger en justerbar strømforsyning eller motorstyring for å kontrollere turtallet på motoren. I mitt tilfelle brukte jeg en variabel 12 volt veggvorter.

Mine beregninger av permutasjoner av maskinjusteringer:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (mye høyere enn mitt opprinnelige estimat der jeg bare ga 3 justeringspunkter til hver arm eller distanse) Ikke sikker på hvor mange av dem som ville fungere.

Trinn 3: Noen justeringstips …

Når maskinen er bygget, er det på tide å få den til å fungere. Jeg begynte med å bare prøve å få den ene ballen kastet og fanget av den andre koppen. Jeg starter med å stille turtallet rundt 80 o / min. Ballen skal kastes slik at den buer opp og deretter faller like før midten av den lange koppstangen (eller hovedlagerens festepunkt). Den spretter deretter på gulvet på siden nærmest fangekoppen. Hvis ballen kastes for langt, stiger koppene sannsynligvis for høyt og må senkes ved å forkorte de korte festearmene for motorarmen. Hvis ballen ikke blir kastet langt nok, må de korte motorarmfestene forlenges. En annen måte å gjøre disse justeringene på er å endre festepunktet for den lange armen på hovedkopparmen (se spesifikasjon 2 i forrige trinn).

Hvis en kopp kaster ballen for langt og den andre ikke kaster den langt nok, tar du tak i denne differansen ved å justere den lange motorarmen. (se spesifikasjon 7 i forrige trinn).

På et tidspunkt må du kanskje øke eller redusere avstanden mellom hovedlageret og gulvet for å endre ballens oppholdstid, eller hvor mye tid ballen bruker i luften. Dette er når det virkelig blir kunst og ikke så mye vitenskap, så du må bare leke med det.

Motorhastighet: Maskinen min kjører optimalt med omtrent 80 rpm. Dette er også avhengig av de andre justeringene, så du trenger en måte å variere motorturtallet på. Hvis omdreiningstallet er for raskt, har ballen ikke tid til å sette seg i lommen på koppene, og den spretter bare rundt i koppen og blir deretter kastet uberegnelig. Hvis turtallet er for sakte, blir ballen ikke kastet langt nok, eller mottakerskoppen er ikke i stand til å fange den hoppende ballen.

Hoppende overflate: du trenger en overflate for å sprette ballen på. Jeg bruker det keramiske flisgulvet i leiligheten min fordi en stålkule spretter veldig godt på den. Jeg prøvde skarptrommelen, og den ville bare ikke returnere sprett høyt nok (og det var super støyende.)

Trinn 4: Sluttnotater …

Utfordring 1: noen bygger dette i en maskinhandel med profesjonelle verktøy. Jeg hadde bare en baufil og håndbor.

Utfordring 2: Bygg en liten med 3D -skriver for å bruke 10 mm ball. Det ville være kult, men vet ikke hvilken sprettoverflate du kan bruke annet enn et keramisk eller sementgulv.

Utfordring 3: finn ut hvor Claude Shannons originale jonglermaskin er og fortell oss andre. Lag en video av den i drift. Ta i det minste nærbilder av detaljer om maskinen hans. Munnen min vanner ved prospektet.

Merk: fant bildet ovenfor av Claude Shannons -maskinen som er litt opplysende, men ikke detaljert nok til å vise detaljer om armfester og lagre og hva slags motor han brukte. Usikker på hvor dette bildet ble tatt. MIT, hans hjem, Michigan?

Fremfor alt ha det gøy og takk Claude Shannon for at du delte hans glans!