Hur man bygger en Claude Shannon jonglermaskin: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Claude Shannon var en lysande ingenjör/matematiker som skapade informationsteori och i grunden välsignade oss med den digitala världen. Han var en jonglör och encyklist och han skapade den första jonglermaskinen. Jag bestämde mig för att bygga en jonglermaskin baserad på hans design men han lämnade inga specifikationer för att bygga en. Genom att titta på videon av hans maskin och två andra universitetsbyggda maskiner kom jag på en fungerande maskin. Jag vill dela specifikationerna för min maskin i hopp om att någon med verkliga maskinmässiga färdigheter kommer att bygga en mycket trevligare arbetsmaskin. Nu fungerar maskinen som jag byggde förvånansvärt bra med tanke på att den består av mest skräp som jag hade liggande eller delar från andra projekt, har lite motreaktion, är monterad på en ram som bara vilar på några läroböcker på golvet, och har en motor som ibland bestämmer sig för att påskynda eller bromsa på egen hand.

Kolla gärna in videon. Följande steg visar den grundläggande konstruktionen, specifikationerna och hur du justerar styrkan och placeringen av bollkastarmen.

Lägg också märke till det i min video från cirka 0:40, de studsande bollarna spårar oändlighetssymbolen. Intressant.

Jag utmanar vem som helst att bygga en riktigt snyggt bearbetad jonglermaskin med metall eller till och med 3D -tryck. Jag har sett några förfrågningar på internet om en fungerande jonglermaskin men ingen verkar ha en tillgänglig.

Ett annat alternativ skulle vara att simulera en fungerande maskin på Matlab eller någon simuleringsprogramvara.

Om någon har någon kunskap om var Claude Shannons jonglermaskin befinner sig, skulle jag uppskatta det mycket. Jag beklagar att han inte publicerade några detaljer om sin design. Och några fotografier av hans maskin skulle tala volymer.

Slutligen vill jag bara uttrycka ett stort tack till Claude Shannon för att ge grunden för vår digitala värld.

Här är en video av Claude Shannon och hans jonglermaskin: Claude Shannon Jugging

Steg 1: Grundläggande jonglermaskinstruktur

Ramverk: ramen är bara ett par bambu skärbrädor som är relativt tunga och ett bra fäste för de andra delarna. Du kan använda allt annat än att inse att du kan behöva flytta runt motorfästet lite.

Huvudlager: huvudlagret är en cykelaxel som är inrymd i två lagerfästen. Jag köpte dem separat men de passar perfekt och det finns absolut inget spel. Säg inte att du kan slå detta lager.

Huvudkopparm: Jag använde kolfiber fiskespöstänger för kopparmen. Jag använde en mindre bit som passade perfekt på cykelaxeln och epoxade den sedan inuti ett hål i huvudkopparmen. Mycket stel och fungerar utmärkt.

Koppar: kopparna eller händerna är bara något svampskum (datorförpackningsskum) som limmas till kartongtriangel. Inuti kartongen finns en triangel i vinyl gjord av en vinyl anteckningsbok. Den hårdare ytan på vinylen håller och släpper stålkulan mer konsekvent än kartongen. Du kan förmodligen räkna ut bättre koppar men det var allt jag hade runt. Jag trodde att det kanske skulle fungera bäst att skära upp pingispaddlar men de är ganska tunga. Behöver hålla kopparna lätta som möjligt.

Motorfäste: Jag monterar motorn på bambuskivan med ett aluminiummotorfäste. Du måste flytta runt det så att ett rörligt fäste är perfekt men jag hade inte ett bra sätt att göra det. Så jag var tvungen att skruva loss allt, flytta det, skruva in det igen. Tar tid. Men fästet är inte alltför kritiskt - håll det i princip under där den långa motorarmen är fäst vid huvudkopparmen.

Motoraxeladapter: du behöver sätt att fästa motoraxeln på den korta armen. Jag hittade dessa 5 mm -adaptrar som var perfekta.

Liten motorarm: den korta armen är en bit platt aluminium. Lätt att borra hål i och du kommer förmodligen att borra flera tills du hittar den perfekta justeringspunkten.

Stor motorarm: två vridspännen (8 mm) med gängstång mellan dem möjliggör bra justering. Du kommer att lägga mycket tid på att justera denna arm.

Steg 2: Specifikationer

Det finns cirka 9 kritiska armlängder, fästpunkter och andra specifikationer som måste beaktas för att få denna maskin att fungera. Jag beräknade faktiskt permutationerna för bara de möjliga justeringar jag kan göra på min maskin och det kom ut till cirka 60 000. Av dem vet jag inte hur många som faktiskt skulle fungera.

Om jag tittar på diagrammet ovan kommer jag att förklara varje mätning.

1. Avståndet mellan fickorna på de två kopparna (eller händerna) är i mitt fall 54 centimeter. Att placera de två kopparna för nära tillåter inte tillräckligt med utrymme för bollen att studsa, och att placera dem för långt ifrån varandra kommer att studsa bollen för kort för att fångas i den andra koppen. Men armen ska vara justerbar och jag gjorde detta genom att placera de två kopparna på två inuti fiskestångsdelar som glider inuti den större huvudstången. Sedan varmlimmade jag de mindre på plats.

2. Motorn är fäst på två armar, en kort och en längre. Den längre fästs på koppstödarmen cirka 7,3 cm från huvudlagret som huvudkopparmen roterar på.

3. Huvudlagret är cirka 24 cm från marken eller ytan som bollen kommer att studsa på. I mitt fall lägger jag till eller subtraherar en lärobok som maskinramen vilar på. Inte en idealisk inställning. Verkligen måste ramen vara antingen riktigt tung eller fäst på golvet på något sätt. När min maskin är igång går den faktiskt lite och den typen av spel är inte en bra idé eftersom det påverkar maskinens tid, 4. Avståndet från huvudlagret till motoraxeln är cirka 15 cm.

5. Avståndet från den vertikala inriktningen av huvudlagret och motoraxeln är 10 cm. Detta avstånd verkar inte vara riktigt kritiskt.

6. Avståndet från motoraxeln till den längre armens fästpunkt på den kortare armen är 4,5 cm. Denna arm är avgörande för att justera de högsta och lägsta punkterna på båda kopparna. Om du behöver bollen kastas längre, förläng sedan avståndet på den korta armen. Om du behöver båda kopparna för att kasta mindre kraftfullt, förkorta det.

7. Den längre motorarmen är förmodligen den mest justerade punkten på maskinen. Det var därför jag gjorde det enkelt att justera med två vridspännen och en gängad stång. Det är den enda punkten där du differentiellt kan ändra kopparnas kasthöjd och effekt. Genom att förlänga denna arm kommer den högra koppen att gå högre och kasta längre, och den vänstra armen kommer att gå lägre och kasta kortare. Genom att förkorta denna arm får du motsatt effekt. Det är justeringspunkten för de två kopparna.

Ett par andra variabler påverkar maskinens funktion. Den ena är bollens storlek. Jag använde en 15 mm stålkula. En mindre eller större boll kommer att kräva att alla andra variabler ändras. En andra variabel är motorvarvtalet. Du behöver en justerbar strömförsörjning eller motorstyrning för att styra motorns varvtal. I mitt fall använde jag en variabel 12 volt väggvarta.

Mina beräkningar av permutationer av maskinjusteringar:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 4 * 10 * 2 * 4 = 327, 680 (mycket högre än min ursprungliga uppskattning där jag bara gav 3 justeringspunkter för varje arm eller distans) Inte säker på hur många av dem som skulle fungera.

Steg 3: Några justeringstips …

När maskinen väl är byggd är det dags att få den att fungera. Jag började med att bara försöka få en boll kastad och fångad av den andra koppen. Jag börjar med att ställa in varvtalet runt 80 varv / min. Bollen ska kastas så att den bågar upp och sedan faller strax före mitten av den långa koppstången (eller huvudlagrets fästpunkt). Den studsar sedan på golvet på den sida som är närmast fångstkoppen. Om bollen kastas för långt är det troligt att kopparna stiger för högt och måste sänkas genom att korta motorarmens fästpunkter. Om bollen inte kastas tillräckligt långt måste de korta motorarmfästet förlängas. Ett annat sätt att göra dessa justeringar är att ändra den långa armens fästpunkt på huvudkopparmen (se spec 2 i föregående steg).

Om en kopp kastar bollen för långt och den andra inte kastar den tillräckligt långt, hanterar du denna differens genom att justera den långa motorarmen. (se spec 7 i föregående steg).

Någon gång kan du behöva öka eller minska avståndet mellan huvudlagret och golvet för att ändra bollens uppehållstid, eller hur mycket tid bollen spenderar i luften. Det är då det verkligen blir konst och inte så mycket vetenskap så du måste bara leka med det.

Motorhastighet: min maskin går optimalt med cirka 80 varv / min. Detta är också beroende av de andra justeringarna så du behöver sätt att variera motorvarvtalet. Om varvtalet är för snabbt har bollen inte tid att sitta i kopparnas ficka och det studsar bara runt i koppen och kastas sedan oregelbundet. Om varvtalet är för långsamt kastas inte bollen tillräckligt långt eller så är den mottagande koppen inte i stånd att ta den studsande bollen.

Studsande yta: du behöver en yta att studsa bollen på. Jag använder det keramiska klinkergolvet i min lägenhet eftersom en stålkula studsar riktigt bra på det. Jag försökte virveltrumman och den gick bara inte tillbaka tillräckligt högt (och det var väldigt bullrigt.)

Steg 4: Slutanteckningar …

Utmaning 1: någon bygger detta i en maskinhandel med professionella verktyg. Jag hade bara en bågfil och handborr.

Utmaning 2: bygg en liten med 3D -skrivare för att använda 10 mm boll. Det skulle vara coolt men vet inte vilken studsyta du kan använda annat än ett keramik- eller cementgolv.

Utmaning 3: ta reda på var Claude Shannons ursprungliga jonglermaskin är och berätta för oss andra. Gör en video av den i drift. Ta åtminstone närbilder på detaljer om hans maskin. Min mun vattnar vid utsikterna.

Obs: hittade ovanstående foto av Claude Shannons maskin som är lite upplysande men inte tillräckligt detaljerad för att visa detaljer om armfästen och lager och vilken typ av motor han använde. Vet inte var den här bilden togs. MIT, hans hem, Michigan?

Framför allt ha kul och tack Claude Shannon för att du delar med dig av hans glans!