LABORATORIUM
W SZUFLADZIE

DAGMARA KIRAGA
ZASŁAW ADAMASZEK

MODELARSTWO I ROBOTYKA

Projekt okładki i stron tytułowych Bartosz Dobrowolski

Wydawca Katarzyna Włodarczyk-Gil

Redaktor prowadzący Irena Puchalska

Redaktor Ewa Charitonow

Koordynator produkcji Mariola Grzywacka

Źródła grafik na okładce: Shutterstock/topform, notkoo, Crystal Eye Studio

Źródła ilustracji: Zasław Adamaszek s. 8-117, Dagmara Kiraga s. 118-218 oraz Shutterstock/gresie s. 197, Sinchukov Aleksander s. 198, Vadim Ratnikov s. 198, Dan70 s. 199, NorGal s. 201, Bernd Juergens s. 203, goodcat s. 213

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2016

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2015 r., (wyd. I)

Warszawa 2016

ISBN 978-83-01-18830-6

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl

www.pwn.pl

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Karol Ossowski/Mobisfera

SPIS PROJEKTÓW

MODELARSTWO

MODELARZ-INŻYNIER

MODEL Z WYCINANKI *

SAMOLOT ZE STYRODURU *

PAPIEROWA ARCHITEKTURA *

MODELE SYLWETKOWE Z BALSY *

METALOWY SAMOCHÓD Z OŚWIETLENIEM **

MODEL POLISTYRENOWY Z DIORAMĄ **

PIERWSZY SZYBOWIEC Z BALSY **

NIETYPOWY SILNIK SPRĘŻYNOWY **

SAMOLOT Z NAPĘDEM GUMOWYM **

ŁÓDŹ WIATROWA BEZ ŻAGLA **

MOTORÓWKA PAROWO – ODRZUTOWA **

ŁÓDŹ Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM ***

CO ZROBIĆ Z USZKODZONYM SERWEM? ***

NAPĘD ELEKTRYCZNY DO MODELI DEPRONOWYCH ***

GĄSIENICOWA PLATFORMA DOŚWIADCZALNA ***

ZDALNE STEROWANIE – JAK ZACZĄĆ? ***

ROBOTYKA

PROGRAMOWANIE ROBOTYKA-PROGRAMISTY

ROBOT NA SZNURKU *

RUCHOMA DŁOŃ PRZYPOMINAJĄCA DŁOŃ LUDZKĄ *

RAMIĘ ROBOTA STEROWANE HYDRAULICZNIE **

ROBOSZCZOTA ZBUDOWANA Z NAPĘDU WIBRACYJNEGO **

KARALUCH, CZYLI JAK ZBUDOWAĆ PROSTY CZUJNIK TAKTYLNY **

ŚWIATŁOCZUŁY OWAD STEROWANY OPTYCZNIE **

MYSZOBIEG PORUSZAJĄCY SIĘ DZIĘKI PLATFORMIE JEZDNEJ **

MIGAJĄCE OCZY ***

PORUSZAJĄCE SIĘ BRWI ***

HUMANOIDALNE OCZY ***

SKRZYNKA NARZĘDZIOWA

SPIS ŹRÓDEŁ

Masz przed sobą książkę, której nie czyta się „po kolei”. Raczej wybiera projekty, inspiracje, rozwiązania. By Ci to ułatwić, wprowadziliśmy barwne oznaczenie skali trudności:

zn1 zielony (*) – to konstrukcje nie wymagające szczególnych zasobów narzędziowych lub doświadczenia, raczej wprawki modelarskie,

zn2 żółty (**) – niezbędny jest pewien zasób umiejętności oraz niewielkie zaplecze narzędziowe, dużym ułatwieniem może być korzystanie podczas pracy z elektronarzędzi,

zn3 czerwony (***) – to relatywnie złożone konstrukcje, do ich wykonania potrzeba więcej doświadczenia i rutyny modelarskiej; mają bardziej zainspirować niż podać gotowe rozwiązanie.

ŁÓDŹ Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM ***

Ten projekt, podobnie jak kilka innych w tej książce, nie opisuje skończonej koncepcyjnie konstrukcji. To propozycja tzw. platformy, w tym przypadku – pływającej, czyli rozwiązania, które można (a nawet należy) uzupełnić o elementy, choćby sterowania. Po to, by zwykły kadłub z silniczkiem zmienił się w zdalnie sterowaną motorówkę albo wodnego autonomicznego robota.

Podstawowym problemem każdego, kto mierzy się z modelarstwem wodnym, jest zdobycie kadłuba. Można w tym celu zaadaptować jakąś zabawkę. Można użyć odpowiednio przyciętego opakowania. Można w sklepie modelarskim nabyć kadłub w postaci surowej wytłoczki termoformowanej, tzw. vacuformy. Albo wykonać go samodzielnie od podstaw. Namawiamy do tego ostatniego – to wcale nietrudne.

Budowę kadłuba zaczynamy od wykreślenia lub wyszukania odpowiedniej siatki, czyli płaskiego rzutu wszystkich jego powierzchni. Najprostszy składa się z czterech zaledwie części: dwóch burt, dna i rufy. Widoczna na stronie obok siatka opracowana została specjalnie do naszego projektu. Można ją przekopiować, ewentualnie powiększyć, i użyć jej jako szablonu.

Dobrym materiałem do wykonania kadłuba są, dostępne w sklepach modelarskich i plastycznych, płytki z polistyrenu o grubości 1–2 mm. Łatwo się je tnie i szlifuje, doskonale skleja klejami modelarskimi lub cyjanoakrylowym. No i są wodoodporne. Alternatywą może być sklejenie kadłuba z grubej tekturki i kilkuwarstwowe pomalowanie go lakierem nitro, aby stał się wodoodporny.

To jeden z etapów klejenia. Burty i rufa są już połączone, wklejona została podpórka silnika. Dzięki niej burty się zaokrągliły (bez podpórki kadłub z góry wyglądałby po prostu jak trójkąt równoramienny).

Kleimy dwuetapowo. Najpierw sklejamy elementy tylko w kilku punktach, u zbiegu krawędzi. Gdy spoiny przeschną, wpuszczamy klej na linie styku elementów i pozwalamy, by się wzdłuż nich rozpłynął. Taka metoda, przy niewielkim nakładzie pracy, gwarantuje uzyskanie mocnych i szczelnych spojeń. Dla pewności można je zahermetyzować, rozprowadzając wzdłuż linii połączeń rzadką szybkowiążącą żywicę epoksydową. Obok: zalewanie styku burty i podpórki acetonowym klejem do polistyrenu.

Zarys dna naszej łodzi wcale nie jest prostym kształtem. Można wprawdzie przekopiować go z siatki, ale zaręczamy, że będą problemy z dopasowaniem. Lepiej sklejone już burty nakleić na prostokątny kawałek polistyrenu, jak pokazano na zdjęciu.

Gdy klej wyschnie, ostrym nożem odcinamy naddatek materiału. Szlifujemy brzegi drobnym papierem ściernym i bez nadmiernych komplikacji otrzymujemy idealnie dopasowane dno. I to nawet wtedy, gdy burty są względem siebie nieco asymetryczne.

Sklejony kadłub trzeba pozostawić na jedną dobę do dokładnego przeschnięcia. W tym czasie przygotujemy napęd.

Przede wszystkim w sklepie modelarskim kupujemy śrubę, dwu-, trój- lub czterołopatową. Według uznania. To model doświadczalny, zatem nie musimy przykładać zbytniej wagi do jej geometrii. Ogólna zasada jest taka, że im wyższe obroty wału napędowego, tym mniej łopat. Wielołopatowe śruby mają lepszą sprawność, ale w modelach szybkościowych bardziej odpowiednia będzie śruba dwułopatowa. My wybraliśmy trójłopatową, uznając ją za rozsądny kompromis pomiędzy oczekiwaniami co do prędkości a będącym pod ręką silniczkiem niewielkiej mocy.

Bardzo ważne byśmy razem ze śrubą i wałem napędowym kupili także dławicę. Będzie ona pełnić rolę prowadnicy. To rurka o średnicy o kilka milimetrów większej od średnicy wału, zaślepiona na obu końcach koreczkami z otworami o jego średnicy. Dzięki podparciu przez nie wału minimalizujemy jego tarcie, które wówczas występuje zaledwie w dwóch punktach: na początku i końcu dławicy.

Ważna jest druga cecha dławicy, wpływająca na szczelność kadłuba. Otóż rurkę dławicy sklejamy hermetycznie po obwodzie z dnem łodzi. Jej długość musi być dobrana w taki sposób, aby górny jej koniec zawsze pozostawał ponad linią zanurzenia. Dzięki temu woda, nawet jeśli będzie wędrować wzdłuż wału, nigdy nie wleje się do wnętrza kadłuba (gdyby wał napędowy wyprowadzić bezpośrednio przez otwór w dnie lub rufie, miejsce z pewnością byłoby nieszczelne). Wejście (pod wodą) wału do dławicy nie musi zachowywać szczelności – wystarczy, że zachowa je spojenie dławicy z kadłubem. Wówczas jej wewnętrzna przestrzeń i zbiornik wodny, w którym pływa model, tworzą układ naczyń połączonych. A jak wiadomo, we wszystkich ramionach naczyń połączonych poziom wody jest taki sam. Wobec tego, nawet jeżeli woda dostanie się do wnętrza dławicy, której wylot pozostaje ponad linią zanurzenia, nie ma szans wylać się do łódki. Sprytne rozwiązanie, prawda?

Wał wychodzi z dna pod kątem, zatem pod kątem można umocować również silnik i oba elementy połączyć sztywno lub sprzęgłem. Jednak bardziej eleganckim rozwiązaniem jest umieszczenie silnika płasko na podpórce. Do kątowego połączenia napędu i wału posłuży nam miniaturowy przegub Cardana, który można nabyć w sklepie modelarskim. To bardzo powszechnie stosowane w mechanice rozwiązanie, nieodzowne wszędzie tam, gdzie wirujące elementy ustawione są względem siebie pod pewnym kątem. Każdy z końców przegubu ma dwie osie swobody, więc cały układ może wirować, zachowując sztywność połączenia.

Na zdjęciu: modelarski Cardan. W rzeczywistości ma długość około 3 cm. Jego wały, wejściowy i wyjściowy, są wpuszczone w tulejki i unieruchomione śrubkami kontrującymi. Przegub Cardana nie tylko przenosi napęd kątowo. Jest też dobrym tłumikiem wibracji.

Potrzebne nam będą jeszcze: niewielki silniczek prądu stałego, taki na napięcie 3–6 V, koszyk na baterie i mały wyłącznik. Przed zamocowaniem silnika w kadłubie można na jego wale zamocować przegub.

Przy niewielkich gabarytach modelu wystarczające, a przy tym zapewniające pewną elastyczność mocowania, będzie przyklejenie silnika do podpórki dwustronną pianką samoprzylepną. Trzeba tylko zadbać o współosiowe ustawienie go z wałem napędowym śruby.

To jeszcze nie koniec pracy, ale do końca pozostało już niewiele. Trzeba wkleić koszyki na baterie i wykonać połączenia pomiędzy nimi a silnikiem. A w obwód wstawić wyłącznik. Wprawdzie nasz model ma kadłub płaskodenny, zatem o dużej stateczności, ale wysoko umocowany silnik przesuwa jego środek ciężkości w górę. Dla równowagi baterie – dosyć ciężkie – warto umieścić nisko; my dodatkowo przesunęliśmy je ku tyłowi modelu, by zapewniły dociążenie w tym miejscu. Uchroni ono śrubę przed częściowym wynurzaniem się podczas pracy. W poprawnie wykonanej konstrukcji oś całkowicie zanurzonej śruby powinna być równoległa do powierzchni wody – wtedy wektor siły ciągu jest skierowany dokładnie wzdłuż osi łodzi. Ale my zbudowaliśmy konstrukcję uproszczoną, w której śruba jest skierowana pod niewielkim kątem w dół. Tu wektor (siła) ciągu rozkłada się na dwie składowe. Jedna z nich, ta użyteczna, popycha łódkę do przodu, druga stara się unieść do góry jej rufę. Dociążenie rufy ustabilizuje model, a ponadto sprawi, że będzie on bardzo ładnie wyglądał w ruchu, płynąc z lekko uniesionym dziobem.

Łódź jest gotowa.

To koniec opisu, ale chyba nie koniec pracy? Warto, po sprawdzeniu, jak zachowuje się model w wannie lub małej sadzawce, naszą jednostkę pływającą dowaloryzować. Czyli dobudować ster, może układ zdalnego sterowania, oświetlenie… I zabudować pokład, na przykład atrapą sterówki.