Пузырьковая машинка

Картинка кликабельна.

Я изобрел велосипед генератор мыльных пузырей :) И это результат работы нескольких месяцев.. Да, да, именно месяцев, хотя с виду и не скажешь. Но эт' все потому, что я в свободное время занимался (дорогой ресурс) и в области электроники и программирования микроконтроллеров ничего не знал.

Отказ от ответственности

Чтоб вы понимали: я практически не разбираюсь в радиоэлектронике и едва ли понимаю базовые вещи. То, что я у себя насобирал - это путь проб и ошибок. Мне было интересно, вот я и пробовал, потом анализировал результат и пробовал что-то еще. Не факт, что моя схема правильная, и не факт, что у вас получится ее повторить.

Я делал игрушку для себя, а с вами делюсь самой идеей и результатом. Подробности только для иллюстрации, как это у меня работает. Не надо мне потом писать, что я вам жизнь поломал или что там у вас приключилось.

Демонстрация текущей версии

Ниже должно быть видео с youtube. Если вы ничего не видите, значит либо "спасибо РКН за заботу" либо я накосячил с оформлением страницы. Залить в другое место не могу, что есть - то есть. Но вы можете отписаться в комментариях, я проверю публикацию. Спасибо.

Железки:

• Мотор N20 с редуктором 60об/мин
• Драйвер TA6586 или любой другой, который подойдет по характеристикам.
• Электролитический конденсатор 470мкФ/16В.
• Вентилятор улитка RQU7530MS 5V (75х75х30). В принципе любой большой вентилятор улитка на 5В.
• Гайки М4 - 4шт, длинный болт или шпилька М4
• Гайка + болт М3 - 3шт.

Печатные части на ВещьВселенной

Исходник проекта

Идея

Современные игрушки радуют безмерно. Купил летом дочери (и себе )) водометные автоматы. Один она выбирала, второй я. Так вот, херачат эти водометы - дай боже. Мы побесились в песочнице, потом она на даче с кентом носилась по грядкам. Пришла осень, друг в друга уже не пострелять. И тут сошлись обстоятельства.. В ванной лежала туба с шаблоном, выпускающим несколько мыльных пузырей за раз. Я попробовал их выдувать и лопать водометом. Весело! Но неудобно. Объединился с дочей: один выдувает пузыри, второй стреляет. Неплохо, но можно попасть под дружественный огонь ))

И вот созрела идея: нужна машинка, выдувающая мыльные пузыри, чтобы мы вдвоем стреляли. Пошарил в инете - ценники конские, подключение к 220В. И генерят в основом большой поток пузырей, сложно будет цели выбирать. Я же хочу: подключение к power bank, чтобы на улицу вынести, контролируемый поток единичных пузырей приемлемого размера, адекватный ценник.

Почти сразу идея развилась. Стрелять можно не только водометом, но и пневматическим пистолетом. Пока мне сложно попадать по подвижным мишеням, которые Марта пуляет, нужно что-то помедленнее, типа плавно летящих мыльных пузырей ;)

Первый заход: анализ предметной области

Весь проект - череда удачных выборов и полезных неудач. Угадал с моторчиком и вентилятором, высотой коробки и размером карусели. Неудачные выборы тоже были: три хреновых мыльных раствора чуть не убили идею на начальной стадии. Но все получилось )

В поисках правильных шаблонов я пробовал выдувать пузыри силой легких. Исходил из того, что вентилятор создает примерно такое же давление. Первые тесты выглядели так:

Итого:

• Неважно, какой формы шаблон, наличие зубьев тоже не влияет.
• Диаметр имеет значение, но некритическое. 20-25мм круглого шаблона - пузыри нормально выдуваются вентилятором. Размер пузырей получается 50-60мм. Если сделать окошки 7-10мм, получится много маленьких пузыриков.
• Результат сильно зависит от раствора. Даже если в покупной тубе и стоковым шаблоном пузыри выдуваются, это еще не значит, что с моими распечатками тоже будет работать.
• Готовый раствор портится со временем. Это я выяснил уже сильно позже, на личном опыте.
• Чем меньше радиус карусели, тем меньше линейная скорость. Напрямую влияет на время прохождения мимо вентилятора. Хотя тут я не заморачивался, просто взял удобный радиус.

В машинке хорошо заработал тот раствор, который нужно готовить из спец.концентрата (Big Bubbles Day). Это весьма удачный концентрат, с ним и другие пузырковые машинки отлично работают.

Шаблоны

Вариантов было множество:

Остановится на гладких кольцах 20 и 25мм, две карусели. Зубья в шаблоне в теории понимают больше раствора, можно больше пузырей выдуть с одного забора жикости. Но у меня-то шаблоны будут мимо вентилятора проходить, один пузырь за раз. С другой стороны, чистить после печати зубастые шаблоны муторно. Поэтому сделал, как проще.

В карусели 9 шаблономест. Изначально было 10, впритык входит, но решил переделать. Из 9ти можно убирать по три штуки, не нарушая баланс. А еще можно заменять тройками на другие шаблоны. Например, чтобы получать большие и мелкие пузырики.

Кстати, прикол: карусель с овальными шаблонами (см. на фото выше). Поставил ее, включил машинку - раствор гребнем вылетел из ванночки! Я подумал, что это из-за того, что его мало было. Долил до уровня, включил еще раз - до свидания, второй долив )) Такая карусель работает, как экскаватор с кучей чаш, это не вариант вообще.

Передача крутящего момента

Попытки жестко связать валы без дисбаланса завели меня в тупик. Это нереально на коленке сделать. Нужна токарка, выточить переходную муфту с оси мотора на ведущий вал карусели, сам ведущий вал тоже выточить и нарезать на нем резьбу, гайки сделать, чтобы они на валу не болтались. И все это мелкое. Сам не сделаю, обратиться не к кому.

Два дня танцев с бубном и я нашел выход: если невозможно избавиться от погрешностей в жесткой связке валов, значит на надо их связывать! Сварганил соединение, похожее на кардан. Или на шестеренки? Я не знаю, как это называется, но оно работает )

Половинки не связаны друг с другом.

Вентилятор

Я специально выбирал "улитку", удобнее направлять поток. Однако при покупке я не обратил внимание на размер вентилятора. У меня на принтере улитки 24В - маленькие, я никак не ожидал такого гиганта на 5 вольт (по фотке и не скажешь):

Однако, это очень удачный выбор. Поток несильный, но широкий, то, что нужно.

Не стал крепить вентилятор к коробке, это тоже правильное решение. Его можно перемещать, результат по пузырям получается разный. Сильно зависит от скорости карусели и раствора.

Коробка

Я не знал, как именно будет располагаться моторчик и только примерно представлял, как закреплю ванночку. И тут был выбор: либо печатать коробку либо сделать из деревяшек. И то и другое - долго. В обоих случах будут переделки. В общем, я упоролся по столярке ) На удивление, коробка получилась отличная! Но после первых же боевых испрытаний я понял, где ошибся: передняя стенка с ванночкой отмокла, а материал коробки - МДФ. Он разбух. Пришлось колхозить "дождевик", чтобы снизить воздействие влаги, однако и это не помогло.

Из плюсов: деревянную коробку можно было покрасить, и это проще, чем красить пластик. Рисунок наносил от балды, без цели что-то конкретное изобразить. А получилось это:

Видите женщину в шляпке? Может Пикассо тоже так рисовал? :)

Как я убил первый моторчик

Ранее я сказал, что купленный наугад моторчик был удачным выбором. Это не совсем так. Он тянул, но без запаса мощности. Пока я пытался сделать жесткую связку валов, машинка вообще отказывалась работать в большинстве случаев. Поэтому я купил моторчик помощнее. Забегая вперед, это тоже было неправильное решение.

Первый мотор: F130-13180, второй: F280-2580. Второй заметно мощнее, 39.8 г/см против 12.4, но тут уже можно упереться в потолок ампеража, который выдает power bank.

Вал (или моторчик на нем) должен свободно крутиться от руки. Я случайно обнаружил, что на F130 больше так не получается. Проверил "спец.пленкой" магнитное поле - его почти нет. Короче, кранты моторчику..

И чем больше я изучаю в этой теме, тем больше узнаю. Текущее предположение: мотор дохнет из-за блокировок. В процессе разработки мотор неоднократно клинило физически, возрастал ток остановки (опрокидывания), но подача питания не прекращалась, т.к. он напрямую был подключен к батарейке, без драйвера и логики управления. В таком режиме обмотки мотора греются, изоляционный лак на них разрушается, появляются короткие замыкания. По итогу обмотки вообще перестают работать.

Второй заход: переосмысление предметной области

Сначала сделал очень простое решение, игрушка проработала недолго, но я успел понять, чего я хочу. И понеслась.. 3D моделирование, радиоэлектроника, физика, программирование. В электронике я вообще не разбираюсь и по ходу дела учился проектировать и паять электронные схемы, искать косяки в них с осциллографом, программировать микроконтроллеры (сборки Arduino, тоже новая тема), изучал мат.часть в радиоэлектронике, курил datasheets, торчал на форумах с агрессивно настроенными панками дядьками. Выяснил несколько раз, "почему я идиот (с)", но без посторонней помощи :)

На этапе конечного тестирования нового решения въехал в пень с общим питанием для мотора и контроллера, потратил еще кучу времени на поиск выхода из ситуации именно в том виде, как я хочу (сохранить общее питание). Сделал, работает. Потом оказалось, что прямая передача с мотора - не вариант, он слишком быстро крутит. А если задавить скорость через ШИМ, тогда не вывозит нагрузку. В итоге решение получилось довольно простым (мотор с редуктором), но с костылями по питанию.

Идею с редуктором я рассматривал сразу же, но я не знал, что бывают мелкие моторы с металлическими редукторами и что они есть в широком доступе. А мне хотелось сделать игрушку, которую легко повторить, т.е. без использования деталей, которые я откопал у деда на чердаке и сейчас хрен такое сыщешь. Все должно было быть доступно и относительно дешево.

На вскидку, прошло 8-9 месяцев от идеи до текущего решения. Меня почти все устраивает, но блин, я устал от этого проекта, поэтому некоторые вещи не доделал.

Еще раз про моторчики, теперь с редуктором

Моторчик - N20, редукторы навешиваются под разную скорость. Видел еще N30, они крупнее (мощнее?), но пока и 20ка справляется.

Что делать, если нужна скорость меньше? Понижение через ШИМ возможно, через контроллер, но на практике - не вариант. Например, я пробовал на моторе с редуктором, выдающим 60об/мин, понизить скорость до 40об/мин (понижение на 34%). Без нагрузки это работает, но слышно, что мотору тяжело. И он, скорее всего, помрет в боевых условиях с таким питанием. При этом менее значительное понижение скорости не имеет смысла, т.к. нет заметной разницы.

Поэтому, если вам нужна заметно другая скорость, ищите тот же N20 с другим редуктором, вариантов много. Применительно к игрушке, разумные скорости в диапазоне 50-100об/мин. Медленнее будет слишком скучно, сильно быстрее - карусель будет разбрасывать раствор, хотя пузырей будет завались. Я поставил для эксперимента 150 об/мин - это слишком быстро, карусель поднимает много жидкости и вентилятор ее сдувает за пределы ванночки. Пузыри тоже выдувает, но такая потеря раствора непримемлема.

Варианты сборки

Простой вариант, без контроллера, где из радиодеталей одна микросхема (драйвер мотора) и электролит:

Минимальная функциональность, вкл/выкл и собственно пузыри.

Драйвер я рекомендую TA6586, он мелкий и мощный, не требует дополнительной обвязки. Продается на Али, как, собственно, и моторчики. Драйвер рассчитан на одновременное управление двумя моторами, а в игрушке нужен только один, поэтому выходы драйвера попарно соединены. Это непринципиально, можете подключить мотор только на две ноги.

Полярность BI/FI любая, главное, чтобы в итоге мотор в правильную сторону крутился. Перебросить провода можно и на выходе из драйвера, как вам будет удобно. Конденсатор C1 в схеме для плавного пуска мотора. Я пока не определился, нужно это или нет. В версии без редуктора толк был, а тут - непонятно.

Сложный варик, с блэкджеком и шлюхами с микроконтроллером и программной частью:

Тут светоиндикация, управление с пульта, слежение за скоростью для аварийного останова и кнопа обхода этого слежения. Программная часть пока в приватном репе GitLab, по запросу перенесу в публичный реп на GitHub. Но я сомневаюсь, что кто-то захочет это повторять и не хочу заморачиваться с переносом просто так.

Исходник схемы. Туда тоже доступа нет :(, только с моей учетки. И чтобы сделать публичный доступ, много условий нужно выполнить, я не хочу вникать. Ссылка для меня, чтобы не искать потом в куче записей.

Пострелушки

Попробовал стрелять из пневматического пистолета, метров с шести, хотя обычно стреляю с 12.5 метров по мишеням меньшего размера, но они не двигаются. А тут нужно из кучи падающих пузырей успеть выбрать цель, прицелиться и выстрелить. Попасть в пузырь сложнее, чем кажется.

Думаю, я нашел себе еще одно развлечение )