Основы работы в 3D редакторе FreeCAD. Части 1-4

Леонид Захаров

Детский технопарк состоит из аппаратного и программного обеспечения. Про кадровое обеспечение не говорим, предполагая, что заниматься с детьми робототехникой могут учителя физики, информатики, технологии и педагоги дополнительного образования. Про аппаратное обеспечение было написано ранее:

- 3D принтер своими руками из КИТ-набора. Проблемы при сборке

В этом сообщении речь пойдёт о простом, надёжном, бесплатном 3D редакторе, используемом нами для моделирования деталей роботов – FreeCAD. Возможно, рассказ может показаться излишне подробным, но я это делаю намеренно, чтобы эту статью можно было использовать в качестве инструкции для тех, кто не является «уверенным пользователем».

Интерфейс программы

Для начала установим FreeCAD. Дистрибутив программы для Windows можно скачать здесь. Лучше устанавливать стабильную версию. Счастливым обладателям Linux рекомендую установить FreeCAD из репозиториев.
Запустим редактор, настроим его для работы. Сначала выберем рабочий стол: Вид-Верстак-Part.

Создадим новый файл, слева увидим окна дерева документа, просмотра свойств и комбо панели. Закроем, кликнув мышкой в правом верхнем углу, окна дерева документа и просмотра свойств, оставив лишь комбо панель. Далее нажимаем Файл-Сохранить как, сохраняем проект под именем «Тест». Рабочий стол приготовлен к работе:

Теперь рассмотрим инструменты, которыми будем пользоваться. Они располагаются в верхней части окна.

Первая группа инструментов — стандартные виды С их помощью мы сможем переключаться между видами и проекциями.

Слева-направо: Аксонометрический вид, Вид спереди, вид сверху и так далее. Переключаться между стандартными видами можно также клавишами Numpad: 0 — аксонометрия, 1 — вид спереди, 2 — вид сверху и т. д.

Вторая группа инструментов — панель основных фигур (примитивов)

Как видно, здесь представлены объемные фигуры: Куб, Цилиндр, Шар, Конус, Тор, а также кнопка создания примитивов. С помощью этих инструментов можно создать соответствующие объекты. Нажмем на кнопку «цилиндр».

На рабочем поле появился цилиндр, а в окне «модель» слева, появилось дерево, вверху название модели, в состав которой входит цилиндр. Потренируемся переключать виды модели, сверху, спереди, вернем аксонометрический вид. Теперь рассмотрим, как осуществляется навигация с помощью мыши. Картинка из инструкции с официального сайта очень хорошо иллюстрирует эти возможности.

Единственное, на что хотелось бы обратить внимание: вращение, сначала нажать среднюю кнопку мыши (СКМ), не отпуская ее нажать левую, удерживая обе кнопки, вращать объект, двигая мышью. Потренируемся выбирать объект, вращать, перемещать, изменять масштаб. Чтобы вернуть объект к стандартному виду, нажмем кнопку «Аксонометрический вид».Нажмем в этой же группе инструментов кнопку «Создание параметризованных геометрических примитивов». Как видите, можно создавать еще несколько разных объектов, выберем из раскрывающегося списка призму. Нажмем кнопки «Создать» и«Закрыть». 

Как мы видим, внутри цилиндра появилась призма. Теперь займемся изменением параметров объектов. В верхнем окне комбо панели выделим левой кнопкой мыши (ЛКМ) цилиндр, в окне внизу выберем вкладку данные.

Теперь в окне данных кликнем ЛКМ на значение параметра Radius и наберем на клавиатуре значение радиуса цилиндра 4,5mm. Кликнем ЛКМ на значение параметра Height (высота) и введем значение 5,5. Как видим, размеры цилиндра на рабочем поле изменились.

Теперь выделим ЛКМ в верхней части комбо панели призму. Важно: необходимо не забывать выделять в этом окне объект, с которым предполагается работать, потому что все параметры, размеры, местоположение все будет меняться в окне данных для выбранного объекта. Для призмы изменим сначала количество граней. Для этого кликнем ЛКМ на значение параметра Polygon и введем значение 5. Далее изменим положение призмы. Для этого в нижней части панели кликнем на значение Placement и нажмем на появившуюся с правой стороны окошка маленькую кнопку.

Открылось окно изменения положения объекта. В окошке координаты Х введем -2, в окошке координаты Y введем -2,5, что приводит к смещению призмы по осям Х и Y на соответствующее количество миллиметров. Затем выберем из раскрывающегося списка Ось параметр Ось Y, введем угол наклона 17 градусов. Нажимаем на кнопки «Применить» и «Ок»

И, наконец, рассмотрим третью и последнюю группу инструментов, из тех, которыми мы будем пользоваться —группу логических операций с объектами.

Слева-направо: Булевы операции, вычитание, сложение, пересечение и т.д. Рассмотрим первые 4 операции и начнем со сложения. В левом верхнем окне комбо панели выделим ЛКМ с нажатой кнопкой shift обе фигуры, призму и цилиндр. Нажмем на кнопку «Сложение». В итоге получился один объект — Fusion - результат сложения.

Теперь отменим последнюю операцию, нажав Ctrl-Z. Объект исчез с экрана! Фигуры Призма и Цилиндр появились в комбо-панели, но надписи неактивны, серого цвета. Просто они стали невидимыми. Чтобы вернуть видимость объекту, нужно выделить фигуру в комбо-панели и нажать «пробел». Поступить так с обоими фигурами. Чтобы сделать объект невидимым, нужно действовать так же — выделить и нажать «пробел». Теперь, когда фигуры стали вновь видимыми, применим операцию «вычитание». Для этого сначала выделим в комбо панели фигуру из которой будем вычитать — Цилиндр, затем, зажав Ctrl, выделим фигуру, которую будем вычитать — призму, нажмем на кнопку вычитания («выполнить обрезку двух фигур»).

Повращаем с помощью мыши получившуюся деталь. Как видим в окне комбо панели, результатом вычитания стал объект cut. Снова отменим операцию, нажав Ctrl-Z, сделаем фигуры видимыми, и попробуем операцию «Пересечение», для чего снова выделим обе фигуры и нажмем на кнопку «Пересечение двух форм». Результатом операции стал объект Common. Полюбуемся на скошенную призму, повращав ее с помощью мыши, отменим операцию - Ctrl-Z, сделаем оба объекта видимыми — выделить-пробел, и рассмотрим «Булевы операции». Не выделяя никаких объектов, нажмем кнопку «Выполнить булеву операцию с двумя выбранными формами». Как видно из рисунка, с помощью этого инструмента можно также выполнять разные операции. Например, в верхней части выберем операцию — разность, ниже в окошках выберем первую форму, поставив «галочку» напротив призмы, во втором окошке выберем вторую форму — цилиндр. 

Нажмем на кнопки «Применить» и «Закрыть». Получился объект Cut, представляющий собой призму, из которой вырезана середина. Теперь попробуем удаление фигур. Кликнем ПКМ на объект Cut, выберем «удалить». Объект Cut исчез, появились вновь призма и пирамида. Удалим и их, сохраним проект и закроем программу.

Таким образом, в в первой части были рассмотрены некоторые инструменты, которые потребуются для создания деталей робота. Во второй части статьи будет рассмотрено пошаговое создание некоторых деталей для  робота.

 

 

Основы работы в 3D редакторе FreeCAD. Часть 2

 В первой части были рассмотрены те функции редактора, которые мы будем применять для создания деталей модели робота. Эта статья является её продолжением. Поскольку рассмотрены необходимые инструменты и приемы в первой части были очень подробно, то если по второй части будут возникать вопросы, можно обратиться к первой, как к справочнику. 

За основу возьмем модель робота, собираемого из китайского набора. С помощью редактора FreeCAD создадим три детали для этой конструкции:

1. Цилиндрическая проставка между платформами, 

  • длина определяется высотой моторов с редукторами, т.е. 22мм,
  • отверстие внутри — 3,4мм под винт М3.
  • Наружный диаметр для достаточной прочности примем равным 8мм.

2. Крепление мотора, являющееся одновременно проставкой.

  • Высота 22мм, ширина 26мм,
  • расстояние между центрами отверстий крепления моторов 17,2мм, диаметр 3,4мм под винт М3
  • Отверстия под крепление к платформам сделаем диаметром 2,2мм, чтобы крепить саморезами 2,5мм.

3. Шаровая опора. Здесь основные размеры таковы:

  • диаметр шарика, который оказался под рукой — 19мм (от мышки)
  • Винты будем использовать М3, значит отверстия 3,4мм
  • Диаметр описанной окружности шестигранника под гайку М3 — 7мм
  • Ну и высота конструкции вместе с шариком должна быть 11,5мм.

Подготовим рабочий стол, так, как это описано в 1 части статьи и приступим к работе.

Моделируем цилиндрическую проставку.

1. Создаем новый документ.

2. Выбираем рабочий стол Part.

3. Создаем Цилиндр.

4. Выбираем аксонометрический вид.

5. Выделяем объект Цилиндр в окне комбо панели.

6. Выбираем вкладку «Данные».

7. Устанавливаем радиус цилиндра 4мм.

8. Устанавливаем высоту цилиндра 22мм.

9. Кликаем мышкой на рабочее поле и, вращая колесо мыши, подбираем удобный масштаб (далее на этом останавливаться не будем. После произведения каждой операции нужно будет при необходимости самостоятельно подобрать масштаб, перемещать, вращать деталь, чтобы рассмотреть её, использовать кнопки стандартных видов).

Теперь нужно сделать отверстие в проставке.

1. Создаем еще цилиндр, появляется объект Цилиндр001.

2. Выделяем Цилиндр001.

3. Устанавливаем радиус 1,7мм.

4. Устанавливаем высоту 22мм.

Следующий этап - вычитаем из объекта Цилиндр объект Цилиндр001, получаем объект cut ( в дальнейшем будем писать так:"выполняем: Цилиндр — Цилиндр001 = cut")

1. Выделяем объект Цилиндр (из которого надо вычесть).

2. Зажав Ctrl, выделяем Цилиндр001 (который надо вычесть).

3. Нажимаем кнопку "Выполнить обрезку двух фигур". В результате появился объект cut.

Проект нужно сохранить, сохраним под именем Prostavka. Файл - сохранить как - выбираем папку - вводим имя файла - жмем Сохранить.

Сразу экспортируем объект в формат STL для печати на 3D принтере: 

  • Обязательно выбираем объект, который нужно экспортировать, т.е. в комбо панели выделяем итоговый объект Cut
  • далее нажимаем Файл — Экспортировать — выбираем папку — выбираем из раскрывающегося списка типов файлов «Mesh formats» - вписываем в окошко название файла Prostavka.stl. Именно так и вписываем, вместе с расширением файла.

 

Вот и первый файл для печати готов.

Моделируем крепление двигателя.

Поскольку мы рассмотрели моделирование первой детали достаточно подробно, то в моделировании второй детали будем отмечать только этапы работы. Деталь немного сложнее, поэтому, если вы планируете создавать деталь, которую придумали сами, то нелишним будет набросать эскиз, на котором проставить размеры, исключительно для удобства в работе и чтобы не делать ошибок. Подготовим новый проект:

  1. Создаем новый пустой документ.
  2. Для того, чтобы не путаться на этом этапе, закроем лишние документы внизу рабочего поля.

 

3. Создаем Куб. Выделяем его в комбо панели, нажимаем вкладку Данные, вводим размеры:

  • длина 4мм
  • ширина 26мм
  • высота 22мм

Куб теперь, несмотря на название, больше напоминает параллелепипед. Покрутим колесо мыши, подберем масштаб отображения, подвинем объект на удобное место.

4. Создадим Куб001. Не забываем выделить его. Задаём размеры:

  • длина 4мм
  • ширина 8мм
  • высота 22мм

Кликнем в окошко значений Placement, нажмем на маленькую кнопочку справа в окошке значений и введем местоположение — в окне координаты Х поставим значение 4мм. Нажмем внизу «Применить» и «ОК».

5. Создадим Цилиндр. Введем размеры:

  • радиус 4мм
  • высота 22мм

Изменим местоположение (изменим координаты):

  • Х=8мм
  • Y=4мм

 

6. Выполним: Куб001 + Цилиндр = Fusion

7. Создадим Цилиндр001

  • радиус 1,1мм
  • высота 22мм

Изменим положение:

  • Х=8мм
  • Y=4мм

8. Выполним: Fusion — Цилиндр001 = Сut

9. Продублируем объект Cut: выделим его в комбо панели, нажмем Ctrl C (В появившемся всплывающем окне подтвердим — да), нажмем Ctrl V. Теперь видим, что в окне комбо панели появился объект Cut001. Выделим его в панели и изменим местоположение:

  • Y=18мм

 

10. Выполним: Куб + Cut + Cut001 = Fusion002, для этого нужно выделить все три объекта и нажать на кнопку сложения.

11. Создадим Цилиндр004

  • радиус 1,7мм
  • высота — можно не менять

Изменим местоположение:

  • Поворот вокруг оси Y: 90 градусов
  • Y=13мм
  • Z=2,4mm (22-17,2=2,4) Как мы помним, высота детали 22мм, расстояние между отверстиями 17,2мм.

12. Продублируем Цилиндр004: Выделим его в панели, нажмем Ctrl C - Ctrl V. Появился Цилиндр005.

13. Изменим положение объекта Цилиндр005 только по оси Z: 

  • Z=19,6. (17,2+2,4=19,6)

14. Выполним: Цилиндр004 + Цилиндр005 = Fusion003

15. Выполним: Fusion002 — Fusion003 = Cut002

16. Создадим Куб003 (выемка под выступ на моторе), изменим размеры:

  • длина 3,5мм
  • ширина 7мм
  • высота 12мм

Изменим положение:

  • Z=5мм

17. Выполним: Cut002 - Куб003 = Cut003

18. Деталь готова, сохраним проект, выделим итоговую деталь Cut003 и экспортируем её в STL.

Моделирование шаровой опоры.

Итак, шарик был под рукой диаметром 19мм, исходя из этого и рисуем опору. Когда детали должны подходить друг к другу, нужно оставлять допуски (например, на неточности 3D) и всегда представлять себе, каким образом эта деталь будет печататься. Поэтому выворку под шарик сделаем диаметром 19,8мм. Пусть вращается посвободнее.

1. Создадим новый документ, закроем сохраненный предыдущий.

2. Создадим объект Сфера.

  • Радиус 9,9мм.

3. Создадим объект Сфера001.

  • Радиус 11,5мм.

4. Создадим Куб

  • длина 8мм
  • ширина 31мм
  • высота 11,5мм

Изменим положение:

  • X=-4мм
  • Y=-15,5мм
  • Z=-4мм. Да, координаты и отрицательными могут быть.

5. Создадим Цилиндр.

  • радиус 4мм
  • высота 11,5мм

Изменим положение:

  • Y=15,5мм
  • Z=-4мм

6. Продублируем Цилиндр.

7. Для объекта Цилиндр001 изменим положение только по одной оси:

  • Y=-15,5

 

8. Выполним: Сфера001 + Цилиндр + Цилиндр001 + Куб = Fusion

9. Создадим Цилиндр002

  • радиус 1,7мм
  • высота 11,5мм

Изменим положение:

  • Y=15,5мм
  • Z=-4мм

10. Создадим объект Призма (см. Часть 1 статьи)

  • радиус 3,5мм
  • высота 2,5мм

Изменим положение:

  • Y=15,5мм
  • Z=-4мм

11. Выполним: Цилиндр002 + Призма = Fusion001

12. Продублируем объект Fusion001

Изменим положение для объекта Fusion002 только для одной координаты:

  • Y=-31мм

13. Создадим Куб001

  • длина 20мм
  • ширина 20мм
  • высота 10мм

изменим положение:

  • Х=-10мм
  • Y=-10мм
  • Z=10,5мм

14. Продублируем Куб001

15. Изменим положение объекта Куб002 только по одной координате:

  • Z=-16мм.

16. Выполним: Fusion001 + Fusion002 + Сфера + Куб001 + Куб002 = Fusion003

17. Выполним: Fusion - Fusion003 = Fusion003.

Теперь у нас получилась деталь Cut, которую надо разделить на две половины. Сделаем мы это достаточно просто.

18. Создадим Куб003

  • длина 30мм
  • ширина 40мм
  • высота 12мм

Изменим положение:

  • X=-15мм
  • Y=-20мм

19. Выполним: Cut – Куб003 = Cut001

Теперь получилась одна половинка детали, которую уже надо сохранить. Сохраняем проект, экспортируем файл в STL.

Затем делаем отмену Ctrl Z. Делаем видимыми Cut и Куб003

20. Теперь меняем координату для объекта Куб003: 

  • Z=-12мм.

21. Выполним: Cut – Куб003 = Cut001

Теперь получилась вторая половина детали. Её сохраним под другим именем и тоже экспортируем в файл формата STL. 


Таким образом были созданы 3 детали, которые готовы к печати. Если показалось, что работать в редакторе FreeCAD долго и трудно, то это лишь сначала. К тому же мы рассмотрели только маленькую часть его возможностей, чтобы показать, что даже такими простыми методами можно создавать необходимые для творчества детали. 


Основы работы в 3D редакторе FreeCad. Часть 3

FreeCad — достаточно мощный редактор, позволяет работать профессионально, начиная моделирование с эскизов, как и, например, в Компасе, но поскольку у читателей возник некоторый интерес к использованию простых приемов моделирования в редакторе, продолжим пользоваться упрощенными методами. В этой статье рассмотрим, как легко можно нарисовать зубчатую передачу, для чего воспользуемся советом Владимира (3DLab) и установим плагин FCGear. В своем блоге, во второй половине статьи на сайте 3dtoday.ru, он описывает, как это сделать, поэтому на установке останавливаться не будем.
Для примера выберем, как всегда, вполне практическую задачу, изготовим колесо для робота. Проблема использования китайских моторов для робота в том, что они достаточно быстроходны для использования с программным обеспечением Скретчдуино, поэтому немного уменьшить скорость не помешает. По совету Григорьева А.Т. сразу предусмотрим возможность установки энкодера, который планируется сконструировать на основе недорогого китайского датчика TCRT5000L. Создание энкодера постараюсь описать в отдельной статье, здесь же возможность создания 3D модели зубчатого колеса и его печати на принтере.
Описывать процесс буду, опираясь на навыки, которые можно было получить, изучив предыдущие статьи.

Итак, приступим. Создадим новый проект, выберем рабочий стол Part.
Создадим «Цилиндр» (рис. 1), изменим стандартный вид на аксонометрический, выберем внизу комбо-панели вкладку данные и установим размеры цилиндра: R=26, H=16.
Зажав Ctrl, выделим ребра-окружности (рис.2) (они должны стать зелеными), выберем инструмент «Скругление», установим радиус скругления 2,5мм (рис. 3), нажмем ОК — получили объект «Fillet» (рис 4).

Выделим «Fillet», продублируем его: Ctrl C – подтвердим «да» - Ctrl V.
Откроем получившийся «Fillet 1» в комбо-панели, выделим невидимый «Цилиндр001», изменим его радиус, поставим 25мм. (рис. 5)
Продублируем «Fillet» еще раз, откроем получившийся «Fillet 2», выделим невидимый «Цилиндр002», изменим его радиус, поставим 23мм.
Создадим «Цилиндр003»: R=26, H=16, Angle=7,50.
Как видите, на самом деле получился сегмент цилиндра. (рис. 7)
Теперь скопируем «Цилиндр003» пять раз, т.е. нажмем Ctrl C, затем 5 раз Ctrl V. Получилось еще пять таких сегментов — «Цилиндр004»-«Цилиндр008». (рис.8)

Теперь начнем менять положение сегментов. Выберем «Цилиндр004», кликнем в окно значений «Placement», нажмем на появившуюся кнопку, установим угол поворота вокруг оси Z 15 градусов. Нажмем «Применить» и «ОК». (рис. 9)
Изменим положение остальных сегментов, поворачивая их вокруг оси Z: (рис. 10)
«Цилиндр005» — 30 градусов,
«Цилиндр006» — 45 градусов,
«Цилиндр007» — 60 градусов,
«Цилиндр008» — 75 градусов.
Теперь объединим получившиеся сегменты, сложив их: «Цилиндр003» + «Цилиндр004» + «Цилиндр005» + «Цилиндр006» + «Цилиндр007» + «Цилиндр008» = «Fusion» (рис. 11)
Теперь трижды продублируем «Fusion», получим «Fusion001», «Fusion002», «Fusion003».
Изменим положение этих объектов: (рис. 12)
«Fusion 1» повернем вокруг оси Z на 90 градусов
«Fusion 2» - на 180,
«Fusion 3» - на 270.

Выполним: «Fusion» + «Fusion 1» + «Fusion 2» + «Fusion 3» = «Fusion 4» (рис. 13)
Выполним: «Fillet» - «Fusion 4» = «Cut» (рис.14)
Создадим «Цилиндр027» (рис.15): R=26мм, H=10мм. Изменим положение: Z=3мм.
Теперь создадим «Пересечение» объектов «Цилиндр027» и «Fillet002», получим «Common». (рис. 16)
Выполним: «Fillet» - «Цилиндр027» = «Cut001». Для этого придется «раскрыть» «Common». (рис.17)

Как видите, дополнительных объектов создавать не нужно. Каждый объект может участвовать в нескольких булевых операциях.
Выполним:«Cut» + «Cut001» = «Fusion005»,
«Fusion005» - «Common» = «Cut002» (рис. 18)

Теперь выберем рабочий стол «Gear» и создадим шестерню ( «InvoluteGear» ) (рис. 19), изменим ее параметры:
высоту height=6мм,
количество зубьев teeth=46,
изменим ее положение: Z=16мм (рис. 20)

Переключим рабочий стол снова на «Part».
Создадим «Цилиндр028»:
размеры: R=20мм, H=10мм,
положение: Z=13мм (рис.21)
Выполним: «Cut002» + «InvoluteGear» = «Fusion006» (рис. 22)

Выполним: «Fusion006» - «Цилиндр028» = «Cut003» (рис. 23). Нужно отметить, что чем сложнее становится деталь, тем дольше компьютер обрабатывает операции.

Теперь смоделируем ступицу.
Создадим «Цилиндр029»: R=8мм, H=24мм.
Создадим «Цилиндр030»: R=3,6мм, H=24мм.
Создадим «Цилиндр031»: R=4,6мм, H=18мм, положение: Z=3мм (рис. 24)
Выполним: «Цилиндр030» + «Цилиндр031» = «Fusion007»
Выполним: «Цилиндр029» + «Cut003» = «Fusion008»
Выполним: «Fusion008» - «Fusion007» = «Cut004» (рис. 25)

Позаботимся заранее о печати детали. Для того, чтобы не печатать поддержек внутри колеса, нужно избавиться от нависающих частей.
Создадим «Конус»: R1=23мм, R2=19мм, H=6мм, положение Z=13мм.
Создадим «Цилиндр032»: R=15мм, H=10мм, положение: Z=10мм
Выполним: «Конус» - «Цилиндр032» = «Cut005»
Выполним: «Cut004» - «Cut005» = «Cut006».(рис. 26)

Теперь для уменьшения расхода пластика и придания колесу законченного вида сделаем ему спицы.
Создадим «Цилиндр033»: R=20мм, H=4мм, Angle=30 градусов.
Продублируем 5 раз, получим «Цилиндры» с 034 по 038.
Изменим положение, повернув их вокруг оси Z: (рис.27)
«Цилиндр034» на 60 градусов,
«Цилиндр035» на 120 градусов,
«Цилиндр036» на 180 градусов,
«Цилиндр037» на 240 градусов,
«Цилиндр038» на 300 градусов.
Выполним: «Цилиндр033» + «Цилиндр034» + «Цилиндр035» + «Цилиндр036» + «Цилиндр037» + «Цилиндр038» = «Fusion009»
Создадим «Цилиндр039»: R=9мм, H=4мм
Выполним: «Fusion009» - «Цилиндр039» = «Cut007»,
Выполним: «Cut006» - «Cut007» = «Cut008»
Колесо готово (рис.28). 

Нарисуем для колеса ось.
Создадим новый проект.
Создадим «Цилиндр»: R=5мм, H=3мм
Создадим «Цилиндр001»: R=3,5мм, H=30мм, положение: z=3мм
Выполним: «Цилиндр» + «Цилиндр001» = «Fusion»
Создадим «Цилиндр002»: R=1,7мм, H=33мм
Создадим «Конус»: R1=3,4мм, R2=1,7мм, H=1,7мм
Выполним: «Цилиндр002» + «Конус» = «Fusion001»
Выполним: «Fusion» - «Fusion001» = «Cut»
Должна получиться ось со сквозным отверстием, зенковкой под винт и шляпкой. (рис. 29)

Теперь ведущая шестерня.
Создадим новый документ. Как видно на рисунке 30, иногда удобно, если объекты небольшие, держать их в одном проекте, просто здесь же создавая новый документ.
Сделаем ведущую шестерню, например, с передаточным числом 1/2.

Создадим шестерню «InvoluteGear»: (рабочий стол «Gear») height=5мм, teeth=23.
Переключимся на рабочий стол «Part».
Создадим «Цилиндр»: R=4,5мм, H=10мм.
Создадим «Цилиндр001»: R=2,9мм, H=8,2мм, Z=1,8мм.
Создадим «Куб»: L=10мм, W=2мм, H=10мм, X=-5мм, Z=2мм.
Продублируем «Куб» и изменим положение «Куб001»: Y=-4мм (рис.30).
Выполним: «Куб» + «Куб001» = «Fusion».
Выполним: «Цилиндр001» - «Fusion» = «Cut» (рис. 31).
Выполним: «Цилиндр» + «InvoluteGear» = «Fusion001».
Выполним: «Fusion001» - «Fusion» = «Cut001» (рис. 32).
Создадим «Конус»: R1=2,8мм, R2=1,4мм, H=1,4мм.
Создадим «Цилиндр002», R=1,4мм, H=1,8мм.
Выполним: «Конус» + «Цилиндр002» = «Fusion002».
Выполним: «Cut» - «Fusion002» = «Cut002» (рис. 33).

Нарисуем временное крепление колеса, для испытаний. Создадим новый документ.
Создадим «Куб»: L=10мм, W=20мм, H=23мм.
Создадим «Цилиндр»: R=5,6мм, H=2мм, поворот вокруг Y на 90 градусов, X=10мм, Y=10мм, Z=11,5мм
Продублируем «Цилиндр»
Изменим «Цилиндр001»: R=3,6мм, H=5мм, X=7мм (рис. 34)
Продублируем «Цилиндр» еще раз
Изменим «Цилиндр002»: R=1,7мм, H=12мм, X=0мм.
Создадим «Призму» (В верхнем меню «Деталь — Создать примитивы — выбираем из раскрывающегося списка «Призма»), устанавливаем значения как на рисунке. (рис.35)
Изменим положение «Призмы»: поворот вокруг Y на 90 градусов, Y=10мм, Z=11,5мм.
Создадим «Цилиндр003»: R=1,7мм, H=12мм, X=5мм, Y=3мм.
Продублируем «Цилиндр003» и изменим положение «Цилиндр004»: Y=17мм.
Выполним: «Цилиндр001» + «Цилиндр002» + «Цилиндр003» + «Цилиндр004» + «Призма» = «Fusion».
Выполним: «Цилиндр001» + «Куб» =«Fusion001».
Выполним: «Fusion001» - «Fusion» = «Cut» (рис. 36,37)

Нарисовав детали и напечатав (рис 38,39), сразу хочется проверить работу зубчатой передачи.

Для эксперимента было изготовлено временное крепление мотора и платформа. Поскольку это детали простые, к тому же точно в дальнейшем не пригодятся, то рассматривать их проектирование здесь не будем. Единственное, о чем можно упомянуть, что под крепление колеса в платформе предусмотрим отверстия, а под крепление мотора - прорези. Прорези нужны для регулировки зазора в зубчатой передаче. Такой же прием предполагается использовать и при проектировании робота. 
На колесо наденем термоусадочную черную трубку большого диаметра. Она должна решать две задачи: способствовать лучшему сцеплению колеса с поверхностью и служить полосками черного цвета для энкодера. 
При испытании оказалось, что зубчатая передача вполне работоспособна, что приятно. Видео прилагается.. Хочется также отметить, что узел собран совсем без обработки и шлифовки, а также без смазки, поэтому работает немного шумно, хотя... шумит не больше, чем китайский редуктор.

Испытания энкодера для этого колеса проведу позже. Если получится приемлемый результат, опишу в следующей статье.


Манипулятор для робота Arduino + FreeCad, часть 4

Продолжая создавать узлы и механизмы для роботов Arduino, я решил построить захват для алюминиевой баночки из-под безалкогольного напитка, с использованием одной сервомашинки. В итоге получился механизм, нарисованный в редакторе FreeCad, распечатанный на 3D принтере, собранный с помощью саморезов 2,5х10мм и 2х10мм. 
В качестве датчика были использованы излучатель и приемник от датчика линии TSRT5000. Можно было бы использовать просто датчик без переделок, но хотелось, чтобы он работал, даже если банка будет черной.

Надо признаться, что эксперимент с датчиком не слишком удачен. Мощность излучателя недостаточна, поэтому разница между показаниями невысока, однако работает неплохо (см. видео). 
Еще один нюанс: детали из пластика PLA достаточно «скользкие», поэтому баночка выскальзывала из захватов. Вопрос решился достаточно просто — подклейкой на внутренней поверхности захватов небольших кусочков мелкой шкурки.

Во время создания механизма в редакторе я использовал приемы, которые ранее не описывал, поэтому заодно решил осветить и этот вопрос.
Во-первых, рассмотрим, насколько удобно создавать детали на одном общем чертеже всего механизма. В этом случае можно смело рисовать механизм «на глазок», так как единственный важный размер — это диаметр баночки.
Во-вторых, отметим, что иногда удобно для изменения положения элемента чертежа использовать полярные координаты.
При описании постройки предполагается, что читатели уже пробовали свои силы в создании деталей с помощью редактора FreeCad, а также изучил мои предыдущие статьи на эту тему:
Предполагается также, что установлен плагин FCGear. 

Итак, запустим FreeCad, выберем рабочий стол Part и приступим:
Создадим Цилиндр: R=33мм, H=10мм, Angle (A) =135.
Создадим Цилиндр001: R=43мм, H=10мм, Angle (A) =135 (рис 01).

Выполним: Цилиндр001 - Цилиндр = Cut.
Продублируем Cut, получим Cut001.
Повернем Cut001 на угол, равный -135 градусов (рис 02).

Переключим рабочий стол (верстак) на Gear и создадим шестерню InvoluteGear: H=10мм, Teeth=24 (рис 03).

Переключим рабочий стол (верстак) на Part и изменим положение шестерни InvoluteGear: Х=46мм.
Продублируем шестерню, получим InvoluteGear001.
Изменим положение шестерни InvoluteGear, повернув ее на угол 15 градусов вокруг оси Z, изменив координату центра вращения: Х=-46мм, то есть именно на то расстояние, на которое мы смещали шестерню относительно центра координат (рис 04).

Сделаем то же самое с InvoluteGear001, только повернем ее в противоположную сторону, на угол -15 градусов.
Как видите, зуб попадает на зуб, поэтому повернем шестерню InvoluteGear001, только теперь уже вокруг своей оси. Во-первых, мы видим, что наши углы поворота пересчитаны в координаты X и Y, только поворот стоит вокруг некоего центра координат. Поэтому выбираем ось Z и добавляем еще 7 градусов (рис 05). Все это мы делаем «на глазок», в конце-концов мы создаем собственное устройство и основным размером для нас является только внутренний диаметр захвата.

Теперь отрежем лишнее от захватов, тоже «на глазок»: 
Создадим Куб: L=13мм, W=8,5мм, H=10мм, изменим положение: X=31мм.
Создадим Куб001: L=13мм, W=8,5мм, H=10мм, изменим положение: X=31мм, Y=-8,5мм.
Выполним: Cut — Куб = Cut002.
Выполним: Cut001 — Куб001 = Cut003.
Выполним: Cut002 + InvoluteGear = Fusion.
Выполним: Cut003 + InvoluteGear001 = Fusion001 (рис 06).

Продолжим пользоваться поворотом вокруг осей, смещая центр поворота:
Создадим Цилиндр004: R=5мм, H=10мм, изменим положение: Х=38мм, установим центр поворота: Х=-38мм, повернем вокруг Z на 135 градусов (рис 07).

Создадим Цилиндр005: R=5мм, H=10мм, изменим положение: Х=38мм, установим центр поворота: Х=-38мм, повернем вокруг Z на -135 градусов.
Создадим Цилиндр006: R=5мм, H=16мм, изменим положение: Х=46мм, установим центр поворота: Х=-46мм, повернем вокруг Z на 15 градусов.
Создадим Цилиндр007: R=5мм, H=10мм, изменим положение: Х=46мм, установим центр поворота: Х=-46мм, повернем вокруг Z на -15 градусов (рис 08).

Создадим Куб001: L=6мм, W=20,5мм, H=6мм, изменим положение: X=41,4мм, Y=1,5мм, Z=10мм.
Создадим Цилиндр008: R=1,1мм, H=23мм, изменим положение: Х=44,5мм, Y=24мм, Z=13мм, повернем вокруг Х на 90 градусов (рис 09).

Выполним: Fusion + Цилиндр004 + Куб002= Fusion002.
Выполним: Цилиндр006 + Цилиндр008 = Fusion003.
Выполним: Fusion002 - Fusion003 = Cut004 (рис 10).

Выполним: Fusion001 + Цилиндр005 = Fusion004.
Выполним: Fusion004 - Цилиндр007 = Cut005.

Теперь получилось две необходимые нам детали, которые мы подогнали друг к другу. Не менее важно подогнать под эти детали подставку с осями, на которых захваты будут вращаться.
Поэтому нарисуем на этом же чертеже еще одну деталь — оси. Не забываем оставить необходимые допуски.
Создадим Цилиндр009: R=4,8мм, H=10,6мм,
Создадим Цилиндр010: R=5,8мм, H=1мм, изменим положение: Z=-1мм
Создадим Цилиндр011: R=1,1мм, H=11мм,
Выполним: Цилиндр009 + Цилиндр010 = Fusion005.
Выполним: Fusion005 - Цилиндр011 = Cut006.
Продублируем Cut006, получим Cut007.
Изменим положение: Cut006: Х=46мм, установим центр поворота: Х=-46мм, повернем вокруг Z на -15 градусов. (рис 11)

«Раскроем» Cut007 и изменим параметры: Цилиндр012: H=16,6мм, Цилиндр014: H=17мм.
Изменим положение Cut007: Х=46мм, установим центр поворота: Х=-46мм, повернем вокруг Z на 15 градусов.
Выполним: Cut006 + Cut007 = Fusion007. (рис 12).
Теперь у нас есть и часть третьей детали. Сохраняем проект.

Далее есть два пути. Можно продолжать дальше, пристраивая снизу к осям, на которых будут вращаться захваты необходимую нам платформу, продолжая этот общий чертеж механизма, просто потом экспортируя в stl-файл каждую деталь отдельно. Но можно удалить оба захвата, сохранить файл под другим именем и работать с платформой отдельно.
Создание всего механизма рассматривать далее не будем, потому что ничего нового для построения не используется, однако если кому-то интересна конструкция для изготовления, могу выложить stl-файлы всех деталей в комментариях. 

Download
stl.zip
Compressed Archive in ZIP Format 145.4 KB
Download
FreeCad.zip
Compressed Archive in ZIP Format 1.4 MB