Rookbommen

Vroeger maakten we rookbommen met sterretjes in een PVC pijp. Zelf heb ik dat al jaren niet meer gedaan, maar met de kinderen zo groot dat ze wel in zijn voor een eindejaars-verzetje, heb ik me er afgelopen week maar eens in verdiept.

Een ideale rookbom produceert een ontzettende hoeveelheid ondoorzichtige rook, zonder al te veel geur en bij voorkeur zonder al te veel schadelijke stoffen. Hieronder enkele recepten voor een mooie rookbom:

  • Pingpong-balletje in aluminiumfolie: bij de verbranding van het balletje ontstaat veel rook. Brand enkele seconden. Eenvoudige voorbereiding: pingpong balletje in aluminiumfolie draaien, met een potlood een rookkanaal maken en met een aansteker het geheel verwarmen
  • Kaliumnitraat, suiker en kaarsvet: de kaliumnitraat-suikermix brandt gemakkelijk en levert veel rook op. Met kaarsvet als versneller gemakkelijker verbranding en meer rook. Naast kaliumnitraat is een lont nodig. Kaliumnitraat wordt ook wel (kalie)salpeter genoemd en heet in het Engels potassium nitrate. Rookbommen maken van potassium nitrate is in Amerika een populaire bezigheid. Ook vaste raketbrandstof maak je van dezelfde ingrediënten. De bereiding kan op verschillende manieren: droog mixen en met een sterretje verpakken; mixen en oplossen in gesmolten kaarsvet: lont of sterretje erin; mixen en smelten boven een laag vuur: lont of sterretje erin
  • Sterretjes en PVC buis: door de hitte van de verbranding van de sterretjes verbrandt het PVC ook en ontstaat een stinkende, dichte rook. De consensus is wel om de metalen delen van de sterretjes alvast te verwijderen, bijvoorbeeld met een combinatietang

Steigerhouten werkbank

Bij het maken van het lijstje voor de kerstvakantie (bij ons is dat het ‘wat gaan we allemaal doen’ lijstje) kwamen de woorden ‘knutselen’ en ‘maken’ vaak voor. En omdat de wens van een grotere werkbank in de werkplaats in de kelder al langer bestond, is er op het lijstje een project toegevoegd: een steigerhouten werkbank.

Omdat de kelder vrij groot is en we altijd wel tien verschillende ‘knutsel en maak’ projectjes tegelijk hebben lopen, moest die nieuwe werkbank maar lekker groot worden. 4 meter leek een mooie lengte en 60 centimeter een mooie diepte. Op verschillende plaatsen wordt gereedschap zoals een bankschroef en boormachine bevestigd. En natuurlijk heel veel werkruimte.

Werkbank steigerhout

Het te gebruiken materiaal bestaat uit steigerplanken, die hebben afmetingen van 250 x 20 centimeter, bij een dikte van 32 millimeter. Een in vier stroken gezaagde steigerplank doet dienst als rand en houdt de planken bijeen. Een frame van steigerpalen (diameter 44 millimeter) maakt het geheel af. Ik ga gebruik maken van RVS schroeven, een stuk of 60.

Horbach heeft in het weekend weer een goede klant aan ons.

On Screen Display

Mijn DJI Phantom 2 heeft een heuse navigatie- en besturingscomputer aan boord, die gebruikmaakt van gyroscoop, GPS, batterijspanning en instructies van de afstandsbediening om vier motoren aan te sturen. Deze navigatiecomputer, de Naza-M, heeft informatie over de positie en bewegingen van de quadcopter. Informatie die je als gezagvoerder eigenlijk bij de hand wilt hebben: het maakt het vliegen veiliger en doeltreffender als je weet waar de neus van de quadcopter heen wijst, en hoeveel batterijlading er nog resteert.

DJI heeft voorzien in deze behoefte met een kleine uitbreidingsmodule waarmee de informatie van de navigatiecomputer aan een videoverbinding kan worden toegevoegd: de DJI iOSD mini. Deze kleine module wordt middels een CAN-bus met de navigatiecomputer verbonden. Alleen de bedrading voor de videoverbinding vereist nog wat knutselwerk. Er is in de DJI Phantom 2 net voldoende ruimte naast de navigatiecomputer om de OSD module, met wat dubbelzijdige tape, permanent een handige plaats te geven. In de afbeelding hieronder is links de kleine zwarte OSD module te zien en rechts de oranje navigatiecomputer.

IMG_0293

De iOSD mini levert de volgende informatie op:

  • Accuspanning van de Phantom 2 in volt en percentage bedrijfsduur
  • Vertikale afstand tot de thuispositie in meters
  • Horizontale afstand tot de thuispositie in meters
  • Vluchtmodus (GPS, ATT, Manual)
  • Autopilot modus (Fail Safe, Ground Station, Go Home)
  • Pitch hellingshoek (neus omhoog of omlaag)
  • Roll kantelingshoek
  • Horizontale snelheid in meters per seconde
  • Aantal ontvangende GPS satellieten
  • Richting van de neus ten opzichte van de thuispositie
  • Vertikale luchtsnelheid
  • Kunstmatige horizon
  • Kompas status

IMG_0300

Kofferplaat

Gisteravond een ontwerp gemaakt voor een ‘branding decal’ voor de koffer voor mijn DJI Phantom 2. Best stoer geworden al zeg ik het zelf. Het ontwerp bevat het DJI logo in vector formaat (aan de hand van een plaatje van de DJI website gemaakt met Adobe Illustrator), de ‘flight status LED indicators‘ (in Adobe InDesign) en aanwijzingen voor het uitvoeren van de kompas calibratie. Ik kon het precieze, door DJI gebruikte lettertype niet vinden, dus toen maar een benadering gebruikt. Ik ben uitgekomen op ‘The Sans’, een op Helvetica en Arial gelijkend lettertype waarvan de onderkastletters klein uitvallen.

Het ontwerp is 29,0 x 14,4 cm groot, precies de juiste afmetingen voor de goedkope koffer die veel mensen gebruiken voor hun Phantom. Ik laat het afdrukken op zelfklevend vinyl en schoonsnijden bij Copy Systems.

Schermafdruk 2014-09-13 07.39.44

Whiteboardplotter

Ik speel al geruime tijd met het idee om een apparaat te ontwikkelen dat als een soort verticale plotter in staat is met een whiteboard-marker op een whiteboard te tekenen. Ik stel me voor dat je een paar zuignappen of magneten in de linker- en rechterbovenhoek plaatst en dat daartussen aan bijvoorbeeld vissnoer een constructie hangt waaraan een whiteboard-marker is bevestigd. Door het verlengen (‘afklossen’) en verkorten (‘oprollen’) van het vissnoer moet het mogelijk zijn de whiteboard-marker op een bepaalde plek op het whiteboard te navigeren.

(conceptuele afbeelding hier)

Voor de whiteboardplotter denk ik de volgende onderdelen te gaan gebruiken:

  • 3D geprinte montagebeugel voor twee stappenmotoren die op de bovenrand van een whiteboard gemonteerd kan worden
  • Twee 3D geprinte poelies voor de stappenmotoren waarop het vissnoer wordt gewikkeld
  • Twee 3D geprinte klosjes waarover het vissnoer in de hoeken gaat lopen
  • Een 3D geprinte ‘gondel’ voor een servo, printplaat, batterij, ontvanger en whiteboard-marker
  • 9g servo
  • Printplaat met ATtiny, RF ontvanger en batterij
  • RF ontvanger
  • Eibot-board voor de aansturing van de stappenmotoren
  • Twee stappenmotoren
  • Vissnoer
  • Een whiteboard van voldoende afmetingen (bijvoorbeeld 1 x 1 meter)

 

ORT Robotic Arm

[Read this article and all following information about the restoration of this robotic arm in English]

De ORT Robotic Arm van Concorde Robotique in Cardiff werd in 1987 geproduceerd in Engeland. Ik kwam er eentje tegen op Marktplaats voor weinig en kon de verleiding niet weerstaan. De robot arm is in prima staat, de grijper ziet er wat ongeordend uit maar dat lijkt me oplosbaar. Alle andere assen draaien soepel. De robot arm kwam met een 12 V voeding en een 10-aderige flatcable. De aansturing kon nog wel eens een klusje worden. Over Concorde Robotique kan ik helemaal geen informatie vinden.

Deze blauwe robot arm heeft aan de binnenkant een printplaat van Colne Robotics en heeft onder de verflaag een oranjerode kleur. Misschien een grondlaag, maar mogelijk betreft het hier een overgespoten robot arm van het type Armdroid van Colne Robotics. Over Colne Robotics is heel veel informatie op het internet beschikbaar en de Armdroid robot armen van dit bedrijf lijken sprekend op deze blauwe, zij het dat ze oranjerood van kleur zijn.

Het elektrische deel van de robot arm bestaat uit zes uit de kluiten gewassen stappenmotoren, die op een printplaat zijn aangesloten, waarop zo op het eerste gezicht alleen enkele logische IC’s en een paar motordrivers zijn gemonteerd. Er is geen CPU en daarom zal de logische aansturing van buitenaf moeten komen, via de 10-aderige kabel. De printplaat bevat 15 verschillende IC’s, waarvan de meest voorkomende productiedatum week 3 in 1987 is. Hiernaast zijn er nog 5 lege IC-voeten.

Ik lees in het ETI magazine uit 1981, waar deze robot arm voor het eerst werd geïntroduceerd, dat er over de 10-aderige kabel zowel schakelaars kunnen worden ingelezen, als de zes stappenmotoren worden aangestuurd. Nu bevat deze ORT robot arm geen schakelaars, maar voor het bufferen van schakelaars zullen de lege IC-voeten voor zijn. Misschien valt er nog iets uit te breiden.

De aansturing van de stappenmotoren is heel low level: de signalen op de 10-aderige kabel bevatten 3 bits voor de selectie van een stappenmotor, 4 bits die gebruikt worden om de stappenmotor te laten draaien, een enable (of richting) bit en 2 voedingslijnen. Op basis van de beschikbare informatie heb ik de volgende schematische weergave opgesteld.

driverboardschematic

Om deze robot arm met bijvoorbeeld een Arduino of Raspberry Pi te besturen zal er een vertaling moeten plaatsvinden van één of andere vorm van commando (zoals ‘beweeg pols drie stappen omhoog’ of ‘beweeg pols naar positie x’) naar de low level besturing van de stappenmotoren (‘activeer spoel A en spoel B van motor 1’). Ik denk dat ik de commandostructuur leen van de CS-113, die hiervoor prima documentatie heeft. De Arduino moet dan de vertaling doen. Als ik dat eenmaal aan de praat heb, kan ik de Arduino uitbreiden met een toetsenbord of joystick.


3D printer constructie

Mijn 3D printer bestaat in grote lijnen uit een door Bart Dring ontworpen mechanisch platform opgebouwd uit Makerslide, een Sanguinololu besturingscomputer, een QU-BD extruder en een Prusa hotbed. De software is van Repetier, zowel de firmware als de Mac OS X host. Repetier gebruikt Slic3r om 2D-laagjes te maken en de firmware van Repetier werkt alleen met Arduino IDE versie 23. Ik print met 1,75 mm ABS dat door een 0,35 mm spuitmondje wordt geperst.

IMG_1614

Na een paar weken (er gaat behoorlijk wat tijd zitten in het tussentijds bestellen van ontbrekende onderdelen) zit mijn 3D printer dan in elkaar. Even snel iets ‘3D printen’ is er dan echter nog niet bij, want er moet eerst ingeregeld worden. Hieronder enkele problemen die ik heb opgelost en aanpassingen die ik heb gedaan.

Praktische problemen

  • De stappenmotoren die de X, Y en Z verplaatsing voor hun rekening nemen zijn tot behoorlijk wat in staat, met een bijbehorende stroomopname. De stappenmotoraansturing moet op maximale stroomafgifte worden ingeregeld. De aansturing wordt flink heet bij grotere stromen en schakelt uit bij te hoge temperaturen. Een te lage stroom zorgt echter voor ‘bokken’ van de stappenmotoren. De acceleratie en maximale snelheid van de stappenmotoren is hierbij een bepalende factor. De precieze inregeling heeft wat hoofdbrekens gekost.
  • Het bouwplatform moet op een 50 honderdsten van een milimeter op alle X en Y-coordinaten een evengrote afstand tot de extruder hebben. Die instelling (met een stukje papier tussen de extruder en de glasplaat geklemd) heeft me wat hoofdbrekens gekost.
  • De door mij gebruikte QU-BD extruder is relatief goedkoop (een kleine 40 euro), maar doet het eigenlijk vanaf fabriek niet goed: het gebruikte tandwiel om de ABS-draad door te voeren is verkeerd geconstrueerd en glijdt ook nog eens op de ronde as van de stappenmotor. Ik heb dit tijdelijk opgelost door de tandwiel verkeerdom te monteren en een vlak punt met de Dremel op de as van de stappenmotor in te slijpen. Toch is de doorvoer onbetrouwbaar, loopt vaak vast en levert niet een voorspelbare hoeveelheid ABS op. Na een week vervangen door een ‘MK7 tandwiel’. De doorvoer is nu volledig betrouwbaar en voorspelbaar.
  • De temperatuurinstellingen voor het werken met ABS op deze specifieke printer zijn ongedocumenteerd. ABS is er in veel soorten en maten en de toe te passen temperaturen verschillen. Ik heb nu een profiel per kleur en type ABS (‘Perry Green 1.75 mm’), waarbij de temperaturen van de spuitinrichting en het bouwplatform maar ook de correctiefactor van de doorvoersnelheid is opgegeven.
  • ‘Plakken’ op het bouwplatform blijft met heel kleine voorwerpen (maar ook bijvoorbeeld de eerste opzet van schroefgaten) een probleem. De glazen plaat moet perfect schoon zijn, de temperatuur goed en de instellingen voor de doorvoer nauwkeurig genoeg ingesteld. Meestal gaat het nu goed, maar soms zie je bij de eerste laag al dat het ABS is verschoven en dan is het beter om de printopdracht af te breken en het opnieuw te proberen.
  • ‘Kromtrekken’ is een ander probleem waar ik nog een oplossing voor moet vinden. Grotere vlakken met scherpe hoeken hebben de neiging om een beetje te gaan omkrullen. Dat resulteert er vaak in dat het voorwerp door de printkop wordt geraakt en dan loskomt van het bouwplatform. De oplossing zou zijn, om hulpmateriaal rondom zo’n scherpe hoek te printen.

Instellingen en aanpassingen

De 3D printer doet het nu goed en ik heb er diverse kleine en grote voorwerpen mee geconstrueerd. Het printen duurt lang en er zijn veel dingen die mis kunnen gaan in het proces van gesmolten plastic in tientallen nauwkeurige 0,2mm laagjes op een verwarmde bouwplaat aanbrengen. Dat ligt voor het grootste deel aan het procédé en in veel mindere mate aan deze specifieke printer. Maar toch heb ik een te doen lijstje om het printen te verbeteren of te vergemakkelijken:

  • Nieuwe Z-as draadeinden met hoge nauwkeurigheid
  • Bouwplaat opnieuw parallel ten opzichte van de spuitgietinrichting te plaatsen
  • Stellen van het bouwplatform: er zit iets speling in de tandriem en het platform heeft zelf iets speelruimte
  • Geleiding van de ABS-draad: ik heb op dit moment nog geen voorziening, anders dan een stuk draad losknippen en er maar het beste van hopen, om de kilospoel met ABS automatisch te laten afrollen gedurende het printen

Sinterklaasmachines

Tegenwoordig zijn zo goed als alle gedrukte publicaties ontsproten aan ‘desktop publishing’: een krant of tijdschrift wordt met behulp van een computer geheel digitaal ontworpen en met een kleuren laserprinter afgedrukt. Het fenomeen desktop publishing is geboren in 1985 met het programma Aldus Pagemaker, de Apple Macintosh en de toen nog onbetaalbare laserprinters. In ongeveer 25 jaar is de publicatiewereld volledig veranderd en is het technisch mogelijk geworden om op een zolderkamer in een namiddag een professioneel uitziende publicatie vorm te geven.

Anno 2013 is er een nieuw fenomeen genaamd ‘desktop manufacturing’, dat in vogelvlucht lijkt te geraken door een mechanisme dat ‘3D printen’ heet. Bij desktop manufacturing is ook op het scherm zichtbaar, hoe een voorwerp er bij de uiteindelijke productie uit gaat zien. Het 3D printen maakt, via een additief proces, mogelijk om een voorwerp laagje voor laagje in kunststof op te bouwen. Er zijn weinig beperkingen aan het type voorwerp dat op deze manier wordt geprint en ik vind dat 3D printers de bijnaam ‘Sinterklaasmachines’ moeten krijgen, omdat ze elke gadget die je je kunt voorstellen in korte tijd voor je kunnen maken.


V plotter

Een V plotter is een minimalistisch ontwerp dat gebruik maakt van twee stappenmotoren, enkele meters tandriem als stuurlijn en een stiftmechanisme om de functie van een vertikale wandplotter te realiseren. De uitdaging van het ontwerp zit in de benodigde wiskunde om de lengte van de tandriem om te rekenen naar een orthogonaal coördinatenstelsel en, omgekeerd, om een coordinatenpaar (x,y) om te rekenen naar precieze af te wikkelen lengte tandriem. Een andere uitdaging die ik tegenkwam was de keuze van de materialen: hoewel stappenmotoren goed verkrijgbaar zijn, heb ik behoorlijk moeten zoeken naar geschikte tandwielen en bijpassende tandriem.

Beperkingen van het afdrukgebied
De wet van de zwaartekracht bepaalt dat er niet boven de ophangpunten van de stappenmotoren geplot kan worden. Ook het gebied links van het linkerophangpunt en rechts van het rechter ophangpunt is om dezelfde reden niet beschrijfbaar.

Stuurlijnspanning
Op de stuurlijnen moet door het stiftmechanisme een bepaalde trekkracht k worden uitgeoefend om effectief te kunnen zijn. Deze kracht is enigszins arbitrair, maar zal ergens in het gebied m / 2 < k < m * 1,5 moeten liggen, waarbij m het gewicht van het stiftmechanisme voorstelt en k de kracht is die op elk van beide stuurlijnen wordt uitgeoefend. Als de kracht groter wordt dan bestaat het risico van rek en lijnbreuk, is de kracht kleiner dan zal het stiftmechanisme ongecontroleerd gaan schommelen.

Granulariteit en translatie
Voor iedere lengteverandering van de stuurlijnen ontstaat een verplaatsing van het stiftmechanisme. De beoogde verplaatsing van het stiftmechanisme zal echter in termen van x, y worden uitgedrukt die niet gelijkelijk overeen zal komen met de door de stappenmotoren te verwerken lengteverandering van de stuurlijnen. Op sommige x, y posities zal zelfs de geringste verplaatsing van één van de stuurlijnen een grote verplaatsing van x, y veroorzaken.


Signaalzoeker

 

Scan 1

Op de Open Dag van de Jonge Onderzoekers zagen zoon Kars Jan en ik een leuke vinding: een soort radio-ontvanger-met-koptelefoontje dat allerlei elektromagnetische straling hoorbaar maakt. Typisch het soort schakeling dat je als eerstejaars elektronicus voor je kiezen krijgt en ik was zelf dan ook niet onder de indruk. Voor Kars Jan ging er echter letterlijk een nieuwe wereld open en om hem een pleziertje te doen heb ik onderstaande schakeling opgebouwd en in een doosje gemonteerd. De antenne is een stukje montagedraad van ongeveer 30 centimeter en de hoofdtelefoon wordt met een 3,5mm stereo chassisdeel verbonden met het circuit. Een kleine drukschakelaar zorgt ervoor dat het apparaatje niet de hele dag aan blijft staan, na gebruik.

IMG_2501Het hele circuit is eigenlijk niets meer dan een uit drie transistoren bestaande versterkerschakeling, die de door de draadantenne opgevangen en de germanium-dioden gediscrimineerde radiosignalen geschikt maakt voor audio-weergave. De stroomopname is minimaal en de hele schakeling kost nog geen 10 euro, inclusief een lowbudget hoofdtelefoon, een geschikt doosje en een stukje gaatjesprint. Het uittekenen van de schakeling, bouwen en afmonteren was een fluitje van een cent, een briljante investering voor zo’n leuk stukje speelgoed.

Ik heb de schakeling ontleend aan de schakeling die we bij de Jonge Onderzoekers zagen. De oorspronkelijke bron hiervan is mogelijk Veron, die een sterk gelijkend ontwerp op haar website heeft staan. Ook Elektuur heeft in elk geval twee varianten gepubliceerd.