Arduino:90后理工男为女友呕心沥血一个月,用Arduino打造炫酷生日礼物【转载】

| 2015年1月13日

这个小伙子太帅了,3D打印、 Fusion 360Arduino玩的是炉火纯青,而且这创意简直超赞!激光照射荧光粉,嗯,非常了不得!

本文转载自:http://oszine.com/happy-birth-day-from-a-tech-men/ ,感谢开源杂志网站的无私分享!

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我的女朋友是个格外美好的人,美好到让人不知道该送什么生日礼物才衬得上她。
一个多月前,经过几天的苦思冥想,我忽然顿悟到,爱一个人,并不需要一掷千金去讨好,也可以只是坚持很久,去为她做一件小事。
所以我打算,用一个月的时间,去挑战自己未知的领域,用自己最特别的方式向她道一声生日快乐

第一周:原型设计

由于是理工科出身,当去琢磨最特别时,首先想到的肯定是比较有科技感的。

结合以前的制作经验,构思出如下一种原理:

用激光照射在夜光涂层上,通过光斑的移动来写字。
有了原理,开始设计核心机械结构。


用的软件是Fusion 360,一款结合了建模、机械模拟、渲染的新型建模软件。



这是第一版的设计,想直接靠机械结构驱动,用两个舵机ab(可以控制转动角度的电机)来分别实现激光模块oxy轴的旋转。
仔细考量后,发现这样的结构有几个问题:

1.会反复弯折激光模块o的引线,不利于长久使用。

2.舵机b要带舵机a一起旋转,浪费很多内部空间。

第一点还好,第二点会导致礼物的成品太大,估计女朋友收到后会是这样的反应:


想想就脸疼不能接受!果断改结构!
在搜罗相关资料时,忽然发现了一种效果类似的电子设备:


简单了解其结构后,觉得值得借鉴,这次学聪明了,先不着急建模,画个平面草图算一下大概角度和尺寸……

首先是顶视图,估算x轴相关数值:


然后是侧视图,估算y轴相关数值:


最后估计一下投射范围,确保在90mm直径的碗内不会太小(女朋友是9年出生所以是9*0mm,建模时其实精确到了具体日期,可惜打印出来一打磨就不会那么准确了):


第一周的业余时间就这样过去了,第二周开始定材料、调整三维模型。

第二周:建模、订材料

首先确定核心结构,由两个舵机通过齿轮驱动xy轴反射镜转动。(舵机转动范围140度,根据第一周估算出的xy轴角度差值ΔαΔβ,可以算出齿轮比)


在做原型设计时就已经考虑可反射镜的尺寸,x轴是12mm12mmy轴是12mm24mm。核心结构确定后,便下单订了镜子(镀铝)。



接下来要设计的是舵机仓、激光模组仓、电池仓、控制板外壳等部分。在此之前,要先选一下电子器件的型号。由于空间特别有限,所以在选择时,以体积最小为第一原则。

注:实物图都是手机拍的,请凑合看 (= 3 =)


控制板选用基于ArduinoDFRobot Beetle,尺寸很满意:22mm20mm3.8mm


激光模组则选定尺寸为Φ10mm22mm的,为了方便日后比较,405nm5mw/20mw450nm*5mw/20mw的共订了四枚。


舵机,选用KST新出的微型舵机DS245MG,体积小巧,扭矩足够,电压范围合适,可以说除了贵没别的缺点。(忘拍了,拿最后组装环节的图凑合一下……


电池,大名鼎鼎的CR2,拍立得用的就是它。尺寸约Φ16mm*27mm,两节串联电压6V,不高不低刚刚好,一口气上六楼不费劲。哪个牌子都可以,不过我不敢买便宜的,所以保险买了松下……蓝皮的,哈药六厂值得信赖。
在等快递的过程中,可以继续建模了。



看着不错,不过好像缺了什么?

没错,忘了设计开关(:з」∠)

如果告诉女朋友,这个东西要自己开盖装电池才能看,然后每次看完开盖卸电池的话……


想想就脸疼不能忍!还好还有一些空间,简单设计了一个简单的插钥匙结构。



设计完下单定了点符合尺寸要求的电流探针(就是内置弹簧的铜管套铜柱)作为接触点,捎带手把可能会用到的电池簧片等也订了。

现在一切大工告成,输出好用于3D打印的STL文件,一些可能需要调整的小零件去蹭好基友@康康康湿傅
的打印机打,而那些大的件就发给专门3D打印中心进行处理,一是质量会更好,二是打算尝试一下金属3D打印,毕竟作为礼物来送,用金属会更有档次一些。


至此,一个月的时间已过了一半,看上去一切顺利,由于图片太长,后两周里的波澜曲折,我们下张图里再说。

书接上回,上回书说道……第一周第二周的进展都很顺利,可是万万没想到……

第三、四周:改!改!改!

其实之前并没有做过这种复杂程度的制作,对金属3D打印也没有深入的了解。只因为用过PLA、光敏树脂两种材料&原理的3D打印机,觉得自己对精度的估计应该差不多。





拿到打印好的金属件后瞬间傻了,底座上的字模糊不清,支撑没有去掉,各种变形。这可是钛合金,以我手头的工具根本无法加工矫正。

多方打听后确定,这可能是金属打印的通病,抱着再试试看的心理,又打了套铝合金的。


(试着打磨了下钛合金,颜色很漂亮)

在等铝合金打印好的过程中,开始准备试做上盖部分。厚着脸皮找这几年一直在用的夜光粉和水晶滴胶厂家定好了特殊样品(见结尾处特别鸣谢),到货了马上开工。


由于市面上常见的储能夜光粉都是长效的,既一次照射后需要较长时间才会变暗,为了尽可能缩短重新绘制的等待时间,这次用的是短效夜光粉


打印好的各部件,翻模主要用上盖部分。


去除支撑后的样子。(被吐槽像硅胶假体)


先用硅胶制作模具,等待硅胶固化后切开,再混合夜光粉和滴胶,注模后等待两天,然后开模取出。


啊!祸不单行!

由于真空机的一次意外出走,导致没有办法给滴胶抽真空,后果便是翻出来的上盖有着无数的气泡,如果这样的盖子拿去送女朋友……


想想就脸疼丢人!果断改方案,改用透明树脂3D打印出来,然后喷涂上夜光粉。





怎么说呢,虽然一个像阴天一个像晴天,不过颜色有些脏了,洗了重来……


现在舒服多了,过程中还收获了一些小惊喜,如下:


在搞定上盖之后,紧接着要做开关部分。





CNC加工出来的小钥匙感觉不错。状态似乎回来了,貌似铝合金套装到了,去收快递……


还是问题多多,果断放弃,转用树脂来打印,后续通过喷漆来模拟金属质感。





效果还不错(磨砂质感用了特殊大颗粒喷漆)终于到了激动人心的装配时间!


先装舵机!


加上盖,偷偷藏了行字在盖上。


装反射镜和激光模组。




装配完毕,最后几天就是写程序的时间啦!

第三四周的苦闷终于过去,最后只剩程序的编写调试了。

最后冲刺:啊!代码!


Beetle连上电脑,开始写控制端的程序:


先画几个点和直线试试准度。


还不错,不过现在问题来了,在我看来

生日祝福一定要亲手写!

可又无法凭空写数据,这该怎么办呢……

用电脑,鼠标写字不好看,画图板坏了……

对了!可以用手机!

果断打开XCode写个简单的App


先实现基本的画图、回放模拟功能。



接下来要将记录下来的点数据转为C语言数组声明的方式进行输出,同时输出数组长度。


最后完善Beetle端的代码,搞定。


凌晨五点,准备开始第一次预演。



打印好的各部件,翻模主要用上盖部分。

(这么羞耻的字肯定是测试用的……

现在只剩一个大问题:我写中文太难看!

如果写个丑丑的生日快乐送给女朋友……

想想就浑身疼不够诚意!果断换英文!


好了,经过一个月的折腾,
终于可以用来说一句……



生日快乐!

后记

鉴于没有钥匙就无法看到文字,加上亮起来有点像极光,我给这个蛋状外星物体起名为

极光密语

嗯,其实名字已经不重要了。

或许有人要问我,花一个月的业余时间,费尽心思,只为说句生日快乐,这到底值不值?

我倒觉得,这个过程其实和两个人相处很像。

有时候,两个人共同经历多少辛酸苦辣,才能走到一起,才能却走过人生中的小小一步。

所以这一个月,更多是带着感恩和幸福在做,想要将自己内心的感情用属于自己的方式大声传达出来。

虽然这个作品,还有诸多不完美之处,但我想,我会慢慢地完善它。送出去自制的电子产品,潜台词是我想一直保修下去,可能是理工男才有的表达方式吧。

这份心情,已经传达到了。

所以你瞧,这一个月的努力,怎么会不值。

声明与感谢

利益相关

1.多年使用其商品的朗明夜光“”手板材料批发商两家商户分别无偿提供了短效夜光粉特殊调配的水晶滴胶。除此之外的所有其他材料均为正价购买。 2.本文从未、也不打算收取任何广告费用。

个人鸣谢

@康康康湿傅
友情支持3D打印机、制作场地

@没六老B 喷涂指导

@陈嘉淇翻模指导

@蚯烟的抽蚓
以及各位找不到微博小伙伴

以及希雅各位同事对我在上班时收快递的容忍

商家鸣谢

手板材料批发商

http://shop36942667.taobao.com

朗明夜光

http://langming.tmall.com

成都四维制造

http://imake3d.taobao.com

注:以上商家清单仅表感谢,挑选商品或服务时请自行判断

2015,祝大家都能找到属于自己的幸福。

最后,拿手机录了个小GIF,是极光密语写中文生日快乐的过程。



关于作者

烧炖,90后理工男,写代码的死美工,业余爱好是给女友做礼物和失眠时写奇葩故事。

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