Машина Голдберга, включающая два светодиода

Машина Голдберга, машина Руба Голдберга, машина Робинсона-Голдберга, Машина Робинсона или заумная машина — это устройство, которое выполняет очень простое действие чрезвычайно сложным образом — как правило, посредством длинной последовательности взаимодействий по «принципу домино».

Описание

Актуальность

Актуальность данного проекта заключается в том, что при создании машины Голдберга можно найти практическое применение курсу теоретической механики и научиться использовать оборудование для цифрового производства DFKit, а именно ЧПУ лазерный станок, программировать контроллеры Arduino, а так же научиться нестандартно использовать подручные материалы.

Цель проекта

Создать машину Голдберга, которая посредством выполнения цепочки действий, станет механизмом запуска двух светодиодов.

Задачи проекта

1. Определить последовательность действий, которые будут выполняться машиной Голдберга
2. Создать схему машины Голдберга
3. Подобрать необходимые для создания проекта материалы, предметы и инструменты из предложенных на конкурсе
4. Произвести необходимые расчеты
5. Сделать отдельные части проекта
6. Собрать машину Голдберга
7. Произвести пробные запуски и устранить недочеты
8. Произвести показательный запуск машины Голдберга
9. Снять результат на видео
10. Создать вики-страницу проекта

Проектная команда

Группа 3532704/80001

• Верзунов Константин
• Федотовских Евгений
• Белый Александр
• Березовский Кирилл
• Кисляков Георгий

Работа по проекту

Действия, выполняемые машиной Голдберга

1. Включается контроллер Arduino
2. Горящая свечка сжигает нить, держащую маятник
3. Запускается маятник
4. Маятник сбивает домино
5. Цепная реакция домино доходит до двух небольших самодельных машинок
6. Машинки катятся по деревянной горке
7. Машинки ударяются о выключатель
8. Включаются два светодиода

Материалы и предметы для создания проекта

• Резиновый мячик
• Тележка
• Свечка
• Батарейки
• Светодиоды
• Фанера
• Палки
• Доски
• Клей
• Веревка
• Гвозди
• Саморезы
• Гайки

Инструменты для создания проекта

• ЧПУ лазерный станок DFKit
• 3D принтер DFKit
• Электроинструмент
• Ручной инструмент
• Контроллер Arduino

Этапы создания проекта

Срок	Задача	Возникающие проблемы	Что сделано к сроку
26.09.19	Определить последовательность действий машины Голдберга	Каждый предлагает свои идеи. Возникли разногласия по некоторым пунктам.	Определена основная последовательность.
03.10.19	Окончательно определить последовательность действий машины Голдберга	С трудом пришли к консенсусу.	Определена последовательность, сделан набросок действий.
10.10.19	Найти материалы для проекта	Материалы было решено искать в ФАБЛАБе	Необходимые материалы были найдены.
17.10.19	Найти предметы и инструменты для проекта	В ФабЛабе есть все необходимые инструменты: ЧПУ лазерный станок DFKit, 3D принтер DFKit и т.д.	Было найдено все необходимое.
24.10.19	Разбор этапов для расчетов	Сложности в определении предмета расчета	Начали решать проблему с расчетами.
31.10.19	Начало расчетов	Возникли проблемы с решением задач	Определились до конца с расчетами. Разделили задания по группам.
07.11.19	Продолжение расчетов	Трудности с определением, какие законы необходимо применять	Выполнили часть расчетов.
14.11.19	Анализ этапов	Время горения нити было тяжело определить	Решили определить опытным путем
21.11.19	Закончить расчеты	Сложности в подведении итогов расчетов	Решили все задачи, выполнили все расчеты.
28.11.19	Создать схему	Понять, как лучше распределить этапы	Распределили этапы по группам. Каждая группа сделала чертеж своего этапа. Объединили все части в единое целое.
05.12.19	Построить всю машину и собрать ее	Подходящие инструменты не могли найти	Разделили работу по группам. Изучили, как работать с лазерным станком и 3D принтером, сделали с их помощью необходимые части проекта. Было сделано всё, что планировалось.
12.12.19	Собрать всё вместе. Сделать пробные запуски.	Первая попытка запуска оказалась не совсем удачной, так как не могли удачно поставить домино	Попытались несколько раз запустить машину. Устранили недочёты, выявленные на пробных запусках.
19.12.19	Монтирование видео. Презентация машины Голдберга	Долго монтировали видео	Видео готово к назначенному сроку
24.12.19	Создать вики-страницу проекта	Отсутствие знаний о создании вики-страниц	Результатом является данная страница

Расчеты элементов проекта

• Расчет угла, на который необходимо отклонить маятник, чтобы он сбил домино (Федотовских Е.)

Схема для расчет угла

Дано:

l = 0,26 м

h = 0.3 м

a = 45°

m = 0,014 кг

Доказать, что угла в 45 градусов хватит, чтобы толкнуть домино

Решение:

h1 = cos45 * l = 0,184 м

h2 = h - h1 = 0,116 м

E0 = mgh2 = 0,016 Дж = Ек = mU^2 /2

U = (2Ek/m)^(1/2) = 1,51 м/с

P = m*U = 0,0214 кг*м/с

В интернете узнали, что чтобы уронить стандартную домино весом 5 грамм нужен импульс около 0,01 кг*м/с

0,01 < 0,0214

Ответ: Угла в 45 градусов хватит, чтобы уронить доминошку

• Расчет минимального импульса, который необходимо придать машинке на красной дорожке для начала ее движения (Березовский К.)

• Расчет минимального импульса, который необходимо придать машинке на зеленой дорожке для начала ее движения (Белый А.)

• Расчёт скорости движения машинки с горки (Верзунов К.)

Результаты проекта

Машина Голдберга выполняет необходимую задачу: включает два светодиода. В процессе расчетов и пробных запусков пришлось убрать или модифицировать некоторые этапы. Вычисления немного подвели: пришлось изменять угол и длину некоторых конструкций.

Видео запуска машины Голдберга.

Литература и ссылки

1. Инструкция по оказанию первой доврачебной помощи
2. Инструкция по охране труда при работе с ручным инструментом
3. Как создать машину Руба Голдберга самому
4. Краткая теория по теоретической механике
5. Машина Голдберга
6. Методическое пособие по использованию 3D принтера DFKit
7. Методическое пособие по использованию ЧПУ лазерного станка DFKit
8. Примеры различных машин Голдберга:

    75 Rube Goldberg Ideas & Inventions | DoodleChaos
    The Dresser - Rube Goldberg Machine for Getting Dressed | Joseph's Machines
    Marble run | Vivify cg
    Мастерская Голдберга | СПб и Мск | Лекториум