איך בונים מכונת ג'אגלינג של קלוד שאנון: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

קלוד שאנון היה מהנדס/מתמטיקאי מבריק שיצר תורת מידע ובעצם בירך אותנו בעולם הדיגיטלי. הוא היה להטוטן ורוכב על אופניים ויצר את מכונת הג'אגלינג הראשונה. החלטתי לבנות מכונת ג'אגלינג המבוססת על העיצוב שלו אם כי הוא לא השאיר לנו מפרט לבניית אחת. על ידי צפייה בסרטון של המכונה שלו ושתי מכונות אחרות שנבנו באוניברסיטה, מצאתי מכונה עובדת. אני רוצה לשתף את המפרט של המכונה שלי בתקווה שמישהו בעל כישורים אמיתיים במכונה יבנה מכונה עובדת הרבה יותר נחמדה. כעת המכונה שבניתי מתפקדת בצורה מפתיעה בהתחשב בעובדה שהיא עשויה מזבל שהיה לי רובץ או מחלקים מפרוייקטים אחרים, בעלת מעט הגבת הילוכים מוטורית, מותקנת על מסגרת המונחת על כמה ספרי לימוד על הרצפה, וכן בעל מנוע שלפעמים מחליט להאיץ או להאט בכוחות עצמו.

אנא בדוק את הסרטון. השלבים הבאים יראו את הבנייה הבסיסית, את המפרט, וכיצד להתאים את כוח הזרוע והמיקום של הכדור הזורק.

שימו לב גם בסרטון שלי החל מסביבות 0:40, הכדורים המקפצים עוקבים אחר סמל האינסוף. מעניין.

אני קורא תיגר על כל אחד לבנות מכונת ג'אגל מעוצבת להפליא עם מתכת או אפילו תלת מימד. ראיתי כמה בקשות באינטרנט למכונת ג'אגלינג שעובדת, אך נראה כי לאף אחד אין זמין.

אפשרות נוספת תהיה לדמות מכונה עובדת ב- Matlab או תוכנת סימולציה כלשהי.

אם למישהו יש ידע על מקום הימצאו של מכונת הג'אגלינג של קלוד שאנון, אעריך זאת מאוד. אני מצטער שהוא לא פרסם פרטים על העיצוב שלו. וכמה תצלומים של המכונה שלו היו אומרים הרבה.

לבסוף, אני רק רוצה להודות תודה רבה לקלוד שאנון שסיפק את הבסיס לעולם הדיגיטלי שלנו.

לפניכם סרטון של קלוד שאנון ומכונת הג'אגלינג שלו: קלוד שאנון ג'ינג

שלב 1: מבנה מכונת הג'אגלינג הבסיסית

מסגרת: המסגרת היא רק כמה לוחות חיתוך במבוק שהם כבדים יחסית ותושבת טובה לחלקים האחרים. אתה יכול להשתמש בכל דבר מלבד להבין שאולי תצטרך להזיז קצת את הר המנוע.

מיסב ראשי: הנושא הראשי הוא ציר אופניים השוכן בשני תושבי מיסב. קניתי אותם בנפרד אבל הם מתאימים בצורה מושלמת ואין שום משחק. אל תחשוב שאתה יכול לנצח את הנושא הזה.

זרוע כוס ראשית: השתמשתי במוטות חכת סיבי פחמן לזרוע הכוס. השתמשתי בחתיכה קטנה יותר שמתאימה בצורה מושלמת לציר האופניים, ולאחר מכן חמצנה אותו בתוך חור בזרוע הגביע הראשית. נוקשה מאוד ועובד נהדר.

כוסות: הכוסות או הידיים הן רק קצף ספוג (קצף אריזת מחשב) הממוזג למשולש קרטון. בתוך הקרטון משולש ויניל עשוי מחברת ויניל. המשטח הקשה יותר של הוויניל מחזיק ומשחרר את כדור הפלדה בעקביות יותר מהקרטון. אתה כנראה יכול להבין כוסות טובות יותר אבל זה היה כל מה שהיה לי בסביבה. חשבתי שאולי חתכי פינג פונג יעבדו הכי טוב אבל הם די כבדים. צריך לשמור על הכוסות בהירות ככל האפשר.

הר מנוע: אני מרכיב את המנוע על לוח הבמבוק עם הר מנוע אלומיניום. תצטרך להזיז אותו כך שתושבת ניידת היא אידיאלית אך לא הייתה לי דרך טובה לעשות זאת. אז פשוט הייתי צריך לפרק את הכל, להזיז אותו, לדפוק אותו בחזרה. לוקח זמן. אבל ההר אינו קריטי מדי - פשוט שמור אותו בעצם מתחת למקום בו זרוע המנוע הארוכה מחוברת לזרוע הכוס הראשית.

מתאם סרן מנוע: אתה צריך איזשהו דרך לחבר את ציר המנוע לזרוע הקצרה. מצאתי את המתאמים של 5 מ מ שהיו מושלמים.

זרוע מוטורית קטנה: הזרוע הקצרה היא חתיכת אלומיניום שטוח. קל לקדוח חורים וכנראה שתקדח כמה עד שתמצא את נקודת ההתאמה האידיאלית.

זרוע מנוע גדולה: שני אבזמי סיבוב (8 מ מ) עם מוט הברגה ביניהם מאפשרים התאמה טובה. תוכלו להשקיע זמן רב בהתאמת זרוע זו.

שלב 2: מפרטים

ישנם כ -9 אורכי זרוע קריטיים, נקודות חיבור ומפרטים אחרים שיש לקחת בחשבון בכדי לגרום למכונה לפעול. למעשה חישבתי את התמורות רק להתאמות האפשריות שאני יכול לבצע במכונה שלי וזה הגיע לסביבות 60, 000. מתוכן, אני לא יודע כמה באמת יעבדו.

במבט על התרשים לעיל, אסביר כל מדידה.

1. המרחק בין הכיסים של שתי הכוסות (או הידיים) במקרה שלי הוא 54 סנטימטרים. הצבת שתי הכוסות קרוב מדי לא תאפשר מספיק מקום לכדור להקפיץ, והצבתן רחוק מדי זו מזו, תקפיץ את הכדור קצר מדי מכדי להיתפס בגביע השני. אבל הזרוע צריכה להיות מתכווננת ואני עשיתי זאת על ידי הנחת שתי הכוסות על שני חלקים בתוך מוט דיג המחליקים בתוך המוט הראשי הגדול יותר. אחר כך הדבקתי את הקטנים במקום.

2. המנוע מחובר לשתי זרועות, אחת קצרה וארוכה יותר. הארוך יותר מוצמד לזרוע התומכת בכוס כ -7.3 ס מ מהמסב הראשי שעליו מסתובבת זרוע הגביע הראשית.

3. הנושא העיקרי הוא כ -24 ס"מ מהקרקע או מהמשטח שהכדור יקפיץ עליו. במקרה שלי אני מוסיף או מפחית ספר לימוד שמסגרת המכונה מונחת עליו. לא התקנה אידיאלית. באמת שהמסגרת צריכה להיות ממש כבדה או מחוברת לרצפה בצורה כלשהי. כשהמכונה שלי פועלת היא למעשה מתנדנדת מעט ומשחק כזה אינו רעיון טוב מכיוון שהוא משפיע על תזמון המכונה, 4. המרחק מהמסב הראשי לציר המנוע הוא כ -15 ס"מ.

5. המרחק מהיישור האנכי של הנושא הראשי וסרן המנוע הוא 10 ס מ. המרחק הזה לא נראה קריטי ממשי.

6. המרחק מציר המנוע לנקודת החיבור לזרוע הארוכה יותר בזרוע הקצרה הוא 4.5 ס מ. זרוע זו היא קריטית להתאמת הנקודות הגבוהות והנמוכות ביותר של שתי הכוסות. אם אתה צריך לזרוק את הכדור רחוק יותר, אז האריך את המרחק על הזרוע הקצרה. אם אתה צריך ששתי הכוסות יזרקו פחות בכוח, אז תקצר אותה.

7. זרוע המנוע הארוכה יותר היא כנראה הנקודה המותאמת ביותר במכונה. לכן עשיתי התאמה קלה באמצעות שני אבזמי סיבוב ומוט הברגה. זוהי הנקודה היחידה שבה ניתן לשנות באופן דיפרנציאלי את גובה הזריקה והעוצמה של הכוסות. על ידי הארכת זרוע זו, הגביע הימני יעלה גבוה יותר ויזרק רחוק יותר, וזרוע שמאל תרד ותזרוק יותר. על ידי קיצור זרוע זו אתה מקבל את ההשפעה ההפוכה. זוהי נקודת התאמת האקולייזר לשתי הכוסות.

עוד כמה משתנים גורמים לעבודה התקינה של המכונה. האחד בגודל הכדור. השתמשתי בכדור פלדה בגודל 15 מ"מ. כדור קטן או גדול יותר ידרוש שינוי של כל המשתנים האחרים. משתנה שני הוא מהירות המנוע. תזדקק לספק כוח מתכוונן או בקר מנוע כדי לשלוט בסל"ד המנוע. במקרה שלי השתמשתי ביבלת קיר 12 וולט משתנה.

חישובי התמורות של התאמות מכונות:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (הרבה יותר גבוה מהערכה המקורית שלי שבה נתתי רק 3 נקודות התאמה לכל זרוע או מרחק) לא בטוח כמה מהן יעבדו.

שלב 3: כמה טיפים להתאמה …

ברגע שהמכונה נבנית אז הגיע הזמן להפעיל אותה. התחלתי רק בניסיון לזרוק כדור אחד ונתפס על ידי הכוס השנייה. אני מתחיל בהגדרת הסל"ד סביב 80 סל"ד. יש לזרוק את הכדור כך שהוא קשת כלפי מעלה ואז נופל ממש לפני מרכז מוט הכוס הארוך (או נקודת החיבור הראשית של הנושא). לאחר מכן הוא קופץ על הרצפה בצד הקרוב ביותר לכוס התופסת. אם הכדור נזרק רחוק מדי סביר שהכוסות עולות גבוה מדי וצריך להוריד אותן על ידי קיצור נקודות החיבור של זרוע המנוע הקצרה. אם הכדור לא נזרק מספיק רחוק אז יש להאריך את חיבורי הזרוע המנועיים הקצרים. דרך נוספת לבצע התאמות אלה היא לשנות את נקודת החיבור לזרוע הארוכה בזרוע הכוס הראשית (ראה מפרט 2 בשלב הקודם).

אם כוס אחת זורקת את הכדור רחוק מדי והשנייה לא זורקת אותו מספיק רחוק אז תתייחס להפרש הזה על ידי התאמת זרוע המנוע הארוכה. (ראה מפרט 7 בשלב הקודם).

בשלב מסוים ייתכן שיהיה עליך להגדיל או להקטין את המרחק בין המסב הראשי לרצפה כדי לשנות את זמן שהיית הכדור, או כמה זמן הכדור מבלה באוויר. זה כאשר זה באמת הופך לאמנות ולא כל כך הרבה מדע אז אתה רק צריך לשחק עם זה.

מהירות המנוע: המכונה שלי פועלת בצורה מיטבית בסביבות 80 סל"ד. זה תלוי גם בהתאמות האחרות, כך שאתה צריך דרך לשנות את סל"ד המנוע. אם סל"ד מהיר מדי, אין לכדור זמן להתיישב בכיס הכוסות והוא פשוט קופץ בכוס ואז נזרק בצורה לא יציבה. אם סל"ד איטי מדי, הכדור לא נזרק מספיק רחוק או שהכוס המקבלת אינה מסוגלת לתפוס את הכדור הקופץ.

משטח קופץ: אתה צריך משטח כדי להקפיץ עליו את הכדור. אני משתמש ברצפת אריחי הקרמיקה בדירה שלי כי כדור פלדה קופץ עליו ממש טוב. ניסיתי את תוף המערבולת וזה פשוט לא החזיר את ההקפצה מספיק גבוה (וזה היה סופר רועש).

שלב 4: הערות אחרונות …

אתגר 1: מישהו בונה את זה בחנות מכונות באמצעות כלים מקצועיים. היה לי רק מסור ומקדח יד.

אתגר 2: בנה אחת קטנה באמצעות מדפסת תלת מימד לשימוש בכדור 10 מ מ. זה יהיה מגניב אבל לא יודע באיזה משטח קפיצה אתה יכול להשתמש מלבד רצפת קרמיקה או מלט.

אתגר 3: גלו היכן נמצאת מכונת הג'אגלינג המקורית של קלוד שאנון וספרו לכולנו. תעשה סרטון של זה בפעולה. לכל הפחות צלם תמונות תקריב של פרטי המכונה שלו. הפה שלי רוקח מהסיכוי.

הערה: מצאתי את התמונה למעלה של מכונת קלוד שאנון, שהיא מעט מאירה אך לא מפורטת מספיק כדי להראות פרטים של חיבורי מסבים ומיסבים ואיזה מנוע הוא השתמש. לא בטוח היכן צולמה התמונה הזו. MIT, הבית שלו, מישיגן?

מעל הכל תהנו ותודה לקלוד שאנון שחלק את זוהרו!