描述

我們后院有一群雞鴨。與大多數(shù)成年人相比，他們的睡眠周期要健康得多：日出時(shí)起床，日落時(shí)入睡。我們非常愛他們，但我們?nèi)昝刻欤ㄔ诙欤扛挥谜f(shuō)了）天一亮就起床打開他們的雞舍，讓他們獲得食物和水，這是不可持續(xù)的。幸運(yùn)的是，我們可以使門自動(dòng)化。

說(shuō)明和其他寫作正在進(jìn)行中！

它是如何開始的

我們?cè)?2020 年 4 月獲得了出生兩天的小雞（我們的隔離嬰兒）。他們?cè)诜孔永锏膰鷻诶镒×怂膫€(gè)月，直到他們完全長(zhǎng)大，這讓我們有時(shí)間將后院的棚子改造成一個(gè)合適的雞舍。我?guī)缀趿⒓撮_始研究自動(dòng)門，首先從整體機(jī)械設(shè)計(jì)開始。我的靈感主要來(lái)自另一個(gè) DIY 雞舍項(xiàng)目中的吊橋機(jī)制，對(duì)于我有限的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，這是可行的。當(dāng)然，我可以讓馬達(dá)纏繞繩子。

門的關(guān)鍵尺寸和吊橋電動(dòng)機(jī)構(gòu)的草圖。

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運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)

首先，確定我需要的電機(jī)類型。（物理計(jì)算的參考）我將一塊膠合板切成必要的尺寸，系上一段繩子，然后對(duì)它們進(jìn)行稱重，以估計(jì)電機(jī)需要提升的重量。我得到了 7.8 磅/3.5 千克，為了安全起見，我四舍五入到 10 磅。這轉(zhuǎn)換為大約 45-50 牛頓 (N) 的重量。但是，施加的力（重量）在這里并不重要；正是電機(jī)需要的扭矩使絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)并纏繞繩索。扭矩取決于絞盤的大小以及施加的力：

torque = <radius> x <force (weight)>

不同絞盤半徑和電機(jī)提升 50N 所需扭矩的估計(jì)值：（呃，為什么會(huì)存在 oz-in 單位？）

• 半徑 = 5cm：扭矩 = 2.5 Nm / 350 oz-in
• 半徑 = 2.5cm：扭矩 = 1.3 Nm / 180 oz-in
• 半徑 = 1cm：扭矩 = 0.5 Nm / 80 oz-in

我使用 1 厘米作為實(shí)際可以制作絞盤的最小半徑，而且我絕對(duì)不會(huì)制作大于 5 厘米的絞盤，所以這給了我電機(jī)傳遞所需的最小和最大扭矩。

但是，在提供相同功率的情況下，電機(jī)可以提供的扭矩越大，其速度就越慢（至少對(duì)于齒輪電機(jī)而言？）。我希望門需要大約 20 到 30 秒才能打開/關(guān)閉——太快會(huì)使鳥斷頭臺(tái)，太慢則效率太低。同樣，門的提升時(shí)間取決于絞盤的尺寸，因?yàn)楦蟮慕g盤和更大的周長(zhǎng)將在一圈內(nèi)纏繞更多的繩子。門會(huì)在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間移動(dòng)大約 40 厘米，因此我們計(jì)算：

motor speed (in RPM) = <rotations> / <time>
                     = <total distance> / (<circumference> x <time>)

我們忽略了這樣一個(gè)事實(shí)，即絞盤每轉(zhuǎn)一圈都會(huì)稍微多纏一些繩子，因?yàn)槔p繞的繩子會(huì)增加總周長(zhǎng)，因?yàn)檫@是估計(jì)而不是物理推導(dǎo)。對(duì)于上面使用的相同半徑，并使用 2π = 6，我們估算電機(jī)速度為：

• 半徑= 5cm：周長(zhǎng)= 30cm，速度= 2-3 RPM
• 半徑 = 2.5cm：周長(zhǎng) = 15cm，速度 = 4-6 RPM
• 半徑 = 1cm：周長(zhǎng) = 6cm，速度 = 10-15 RPM

因此，如果絞車半徑為 1 厘米，我需要一臺(tái)能夠處理至少 80 盎司英寸扭矩（失速扭矩）同時(shí)仍至少以 15 RPM 旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。查看一系列 12V 直流電機(jī)，這款30RPM 137 oz-in 失速轉(zhuǎn)矩電機(jī)完全滿足了這些要求。

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