太阳能梁大理石机

Ladies and gentlemen, I present to you, my marvellous "Solar BEAM Marble Machine"! A brass marble machine with a solar powered, solenoid actuated, lever lifting mechanism!

This machine uses capacitors to store energy from the sun and, once charged, dumps all that energy into a coil, pushing away a magnet, and lifting a small steel ball through the use of a lever.

在先前的梁相关的指导方中，我对术语光束的使用存在一些困惑。我不认为这是一个如此共同的概念。我多么了解，光束是从90年代后期到00s的业余爱好电子运动，它专注于将发现或普通部件转向模拟电路和机器人。https://en.wikipedia.org/wiki/beam_robotics.

The circuit used here is a type of very common BEAM circuit called a solar engine which stores charge from a solar cell (or other low current power source) in a capacitor until there is enough usable energy (i.e. the capacitor voltage is high enough) to do some meaningful work. This is normally used to run a small motor in short bursts even when the sun is not strong enough to power the motor directly. It is especially helpful in this particular machine as there is no way a solar panel of this size would be able to provide the current necessary to drive the coil while capacitors have no trouble. Furthermore, even if we had the necessary power, we would not want current running through the coil at all times.

对于这个项目，单词光束适用于两个级别，一个是电子样式，第二个是主提升机构是杠杆或...横梁= D

注意：在过去，我尝试在白色背景上拍摄所有照片，但我发现了，随着我的工作，它经常太快了。我在这里尝试了一个黑色背景，让我知道你的想法。

这种设计中最重要的部分之一是杠杆，因为线圈和磁体会产生相当强的力，但只有当磁铁关闭时。因此，我们可以使用一阶杆将强力转化为小距离的强力成较小的力，但距离更大

该设计的其他重要部分是太阳能发动机，如引言中所述，在一些大电容器中将能量从太阳能电池储存，直到足够有用的工作。我使用了一个阳光发动机，您可以在这里阅读更多信息http://faq.solarbotics.net/suneater/suneater.html.with some slight tweaks to work with my coil. In the past I have only used a simple FLED based solar engine however they are always finicky to get working correctly and especially with a coil dumping so much power. So I opted for the slightly more complicated, but much more robust SunEater!

You will see on the left of my schematic we have 2x 4700uF caps in parallel, these form the bulk of our energy storage. I used low ESR, 16V capacitors. The low ESR lets the capacitors discharge quicker and I would have preferred 25V as if something does fail and the solar panel is in full sun it can get quite close to 16V and potentially damage the capacitors however I could not find 25V low ESR capacitors this large at my local electronics store. You will also notice a 100uF capacitor which I use to help provide the initial burst of energy as its ESR will be much lower than that of the 4700uF. I'm not sure if this capacitor even helps in this particular build however it has helped with similar circuits in the past so I keep including it. I also have a small, 10nF capacitor across the power supply as without it, sometimes the circuit would lock up and oscillate.

我还交换了绿色LED，用作电路应触发并用8.1V齐纳二极管替换电路时的电压参考。这意味着电路不会触发，直到电容器达到约8.3V，我发现的是我的电路的适量。如果您要构建类似的东西，您可能需要实验以获得合适的价值。事实上，在我最终的设计中，我让这个二极管可更换可用于将来的调整。

我也期望高电流流经final PNP/coil path and although in testing the final design, it seems I could have in fact gone with a smaller transistor, I opted to use the TIP32 power transistor as it should be able to better handle large currents.

We also need a flyback diode across the coil to drain any excess power created by the coil's magnetic field collapsing on itself which could potentially damage components. In my testing I found that enough voltage was being produced to light a yellow LED quite brightly and consistently however in my final design the LED does not light and I am not at all sure why. I think I will try replace it with a red one next chance I get.

在建立任何内容之前，我想确保这个项目实际上工作。过去，我已经尝试过梁项目的梁和磁铁，其结果非常令人失望，因为它是将动力转换为运动的更低效的方式，而不是说出电机甚至目的的构建螺线管。唉，我已经卷绕了前面的一个上述项目的合适的线圈，并且真的希望为这一个使用它。

我建造了一个原油臂和麦家I太阳能发动机。

在测试中，我发现我需要比我想象的更大的存储电容更大的存储电容器（2x 4700uf帽或总共9400f），收费高于我所希望的（约8.2V）。同样，我需要更强大的磁铁，所以我出去买了一些与我的线圈一样宽的N45磁铁。即使我仍然无法抬起球轴承非常高，但结果对我来说很有希望。

尽管我仍然不知道这是否会工作，但我决定开始。幸运的是，它确实有效，就像你会看到的那样，我经常测试，同时让这是为了确保一切仍在我期待。

我将在每一步中使用我在每一步中使用的黄铜杆和管的大小，而不是贯穿黄铜杆和管的大小。所有黄铜杆/管都是K＆S黄铜，因为它很容易找到，我喜欢硬度，所有杆和管都设计成彼此内部的内部井底，我在整个构建过程中使用几次

杠杆贴装：4mm方形黄铜管

杠杆臂：3mm方形黄铜管中的2mm黄铜棒

其他杠杆部件：各种2或3mm黄铜板

大型支持：3/32英寸黄铜棒

所有其他支持：1/16英寸黄铜棒

All track: 1/16 inch brass rod

轨道切换杆管：3/32黄铜管

FreeForm电路连接：0.81mm或1/16英寸黄铜棒

如上所述，我在另一个项目中使用它具有使用它的主线。我实际上打算在几年前发表在这里发布的黄铜蜻蜓，所以幸运的是，我有一些蜿蜒的照片。

正如您所看到的，我开始使用纸板的形式，铝管短长度和一些M3硬件。然后我在钻头中夹住了它并开始蜿蜒。

我不确定它是多少转变，但你可以在图片中看到线圈的最终尺寸（我甚至没有回来的回盘！）以及电感。幸运的是，我正在学习电气工程，所以我可以用我的大学LCR桥测量线圈电感，但无论如何都不重要。

直径：20mm.

Height: ~7mm

电感：1.2MH.

阻力（无照片）：8欧姆

下一步是开始建造所有黄铜部件。我从杠杆手臂开始，因为这是其他一切将会建造的。

我加入了Illustrator的快速设计，并将其转移到一些黄铜中以切出（我用指甲油和激光切割器来剪掉，但肯定是更好的方式）。

接下来我将一些3mm方形管焊接到黄铜件上。这些将容纳2mm圆形条，最终将连接到滚珠架。我这样做了这种方式使调整更容易。

接下来我在一些8x4x3mm轴承中按下，以便我可以一起焊接两半。不幸的是，我猜从下一个焊接步骤中的热量使他们抓住了一点，所以我最终做了什么只是打磨他们跑的黄铜杆，所以轴承甚至不需要旋转，真的不需要旋转甚至需要轴承了！我想我应该用青铜衬套在某个点上更换轴承，使钢轴承不会戴上黄铜轴。

无论如何，我用搞笑突出的黄铜片一起焊接一半。突起是因为我还没有知道杠杆如何平衡，所以我不知道我是否需要将权重或另一侧增加一个，如果需要，我计划在突起的突起中建立重量。它最终在这方面略微平衡了太重，所以我最终在后来切断了整个突起，一旦整个杠杆建成。

In trying to free up the bearings I chucked a 4mm brass rod into my drill and spun it as fast as possible. At some point it caught, and the whole thing went flying, breaking completely apart. I spent maybe half an hour solid looking for those parts in the rain (as I spun it up outside) and ended up finding 2 of them in my roof gutters by sifting through the wet mud and leaves.

... 学过的知识

下一步是建造杠杆安装柱，因为再一次，一切都将基于这个杠杆，所以我需要知道它在做任何其他事情之前它是如何坐的。

要使帖子我使用4毫米方向管道，并焊接在较长的顶部的小部分。然后我冲刷一切。

我的计划是将Axel牢固地安装在柱子中，但仍然可拆卸，所以我拿到4毫米的圆形杆，并在每一端提起3mm方形部分，以适应4mm方形管内。这真的很好。

我最终在杠杆的每一侧使用2个小橡胶O环，以保持其在轴上以轴为中心。

接下来我通过添加球持轨道完成杠杆。我安装了一小部分弯曲，1.6mm黄铜棒（将用于使所有轨道制造到两个，长2mm棒上，如前所述，将适合3mm黄铜方形管。你稍后会看到这一点，但我真的很喜欢使用蓝色钉子来占据焊接的零件，尽管它在很热时会得到粘性和混乱。

In order to keep a snug fit in the base I ended up laser cutting the square holes in the base for the posts in order to get them really tight and accurate. I actually designed the hole to be 3.8mm in my drawing so that it would be a super tight fit. At this point I am just guessing on the size of the base and placement of the lever. The base ended up being too small and needed to be changed very soon after this step but it was a great reference for drawing up the final base so I am very happy I did it this way.

您可以从我的插图绘图中看到，我最初设想了杠杆才能坐下。这是问题的是，重心坐在轴上，所以在抬起球后，它永远不会想回到我画作的位置，它想继续旋转，使其倒挂旋转。显而易见的一旦杠杆在你手中，在2D，数字绘图中并不那么明显。

幸运的是，通过将杠杆翻转并将磁铁旋转，另一种方式，我得到了它，使得重心在我拥有它时设置时的重心在轴上。当我发现在测试时，需要降低的重心，以始终将杠杆臂拉回其平衡休息状态，而不是试图保持旋转。具有重心仍然有些靠近轴的意味着没有多大的额外能量使用抬起杠杆，你可以想象如果重心的重心要低得多，就像有一个大，僵硬的重量垂下，很多需要能量来提升不帮助钢球的重量。

这是我建造的第一个大理石轨道，所以我从这个视频中获得了一些有用的提示：

我最终使用1/16英寸（或1.6毫米）的黄铜杆用于轨道和8毫米钢球。通过视频的推荐，我的线圈围绕1/4英寸（或6.35mm）为8mm的4/5为6.4mm。最后，这实际上证明只是有点大，我估计一个6毫米的杆，8mm球和1.6毫米的杆。

与视频中不同，我发现只要我需要焊接任何东西，就发现了这两个部分，否则我的过程与视频中的过程非常相似。

我发现的另一件事是，夹具并不总是最好的，只能用于直线轨道，所以我用我的数字卡钳（大约6.5mm）测量了工作轨道的内部，并使用了我的呼叫者正确地空间转弯和螺旋的轨道。

最后，现在我们可以从赛道开始。我通过围绕10mm形式弯曲的一些1.6毫米杆开始，使得球将落在孔中。然后我伸直比球的其余部分略窄的轨道略窄。最后，我们添加了半轮支持

然后我开始把轨道放在基地上，实现了基础太小了！测试并看看这是否会像这一点一样起作用，这仍然是一个好时机，我仍然不确定。确认杠杆可以抬起球，同样重要的是，我自身回去，我搬到了最终基地。

所以我设计了向上和激光切割较大的底座。有4层3mm胶合板包围2层木。我这样做是这样做的，因为我想要所有的黄铜支撑，尽可能多地经历了木材，并且是超级坚固的。

但我也希望它看起来不错，所以前2层木材像盒盖一样胶合，所以他们可以在没有标签的情况下插入。外面，侧面板也有最小的标签。整件事人被设计成有一个轻微的唇缘，使任何流浪球留在底座上并且不会丢失。

在第一张照片中，您可以看到所有部分。在第二个中，您可以看到基部的标签部分粘在一起，没有顶部和侧面（忽略额外的插槽）。在最后2张照片中，您可以看到我所做的盖子上的顶部。

接下来我喷涂涂上基部黑色的外部部分。记得从轻型外套开始，不要忘记翻转两侧并像唇部内部一样可见，喷洒侧面的顶部。我知道我想要一个黑色的基地，但不认为扁平的黑色会削减它，所以我用砂纸回去了，做了几层油漆和打磨回到最后的外观。

Then finally, I pre drilled some holes for brass nails. These were always supposed to be decorative but I decided to use them as real nails, to hold the work while my glue set. I also imagined the black wood "skin" would slide off after gluing and not be glued to the base as I like everything to be removable. Unfortunately, because I am really bad at wood working, the nails were too close to the inside surface of the outer wood pieces and ended up pushing the entire outer skin apart and away from the inside box. So I quickly decided to remove all the nails and glue the outer panels directly to the base such that I can put the nails back in properly later once the glue had dried.

后来在这个项目中，我决定我不喜欢明亮的白色木材尽可能多地反对黑色油漆，当时木头稍微暗中（每当我用摩擦酒精擦拭它时，它看起来好多了）所以我加油了整个底座，2种煮亚麻籽油。它也给了一个很好的，自然的光泽，我非常满意。一旦一切干燥，我一旦干燥，我加入了黄铜指甲。

我真的很满意这个基地如何结果，我可能会做同样的磨损，喷漆看起来未来的项目！

山或线圈在正确的位置iginally planning on using laser cut wood supports but I felt that would cover too much of the mechanism. Instead I came up with what I think was a really elegant "claw" design inspired by stone setting techniques. I filed the square tube end with a round needle file so that it would fit better over the support. By bending the arm that slides into the square tube slightly there is enough friction to keep it fixed in there really securely.

The next step was building the lever to switch between the two tracks. I wanted this marble track to be as dynamic as possible for such a small track so always planned to have 2 paths.

焊接这是一个非常艰难的部分，因为在靠近近距离有这么多的关节，所以我必须用帮助手和布鲁钉钉起来，以便我可以在一次射击中焊接它。我把顶部与钳子保持着，但我可能应该用另一个帮助手握住这一点。

我还在3/32黄铜管中钻了一个小孔，这实际上是困难的，因为钻头只有1.2mm并由碳化物制成（用于用CNC钻孔PCB）。然而，我觉得这是值得做的，更轻松地油杠杆一旦完全组装。

重要的：更狡猾的杠杆东西。与大理石升降杆相比，我找到了对此杠杆的相对。你永远不希望它找到它的平衡。因此，侧臂应该足够短，使得重心高于枢轴，使得当杠杆落到一侧时，它想要保持落到该侧面。如果侧臂太长并且重心低，当被大理石推动时，它不会留在每一侧。

接下来是安装轨道切换杆和支撑位和鲍勃。将1.6毫米黄铜的短部分焊接到安装柱的安装柱以枢转。

我还制作了一个黄铜保护导轨，以防球在杠杆上以太速度下来（在我的测试中没有大问题，但它确实发生）。同样，这部分黄铜弯下腰，并作为切换杆的停止弯曲。

我还用它的孔切成一小部分黄铜，将其焊接到轨道上并保持在杠杆轴的另一端而不必须焊接到杠杆轴上。这是因为我知道我必须清除杠杆拆卸，以便在没有加热轴的情况下清除机制，并且在没有加热轴的情况下，我希望能够采用一种方法来固定一切。

我最终将一切都削减到正确的长度我只是看到刚刚的理由=）

现在是时候开始两条轨道了！首先，我发现了一堆圆形物体来包裹我的电线。这需要试验和误差超过精确的测量，因为黄铜电线是弹性的，并且完全形成圆形形式。在弯曲后，它也很容易稍微调整曲线的半径。显示的是我使用的4个圆形物体，螺旋轨道。

我不得不在两个部分中制作曲目。我通过制作适当的弯曲，在我的夹具上衬到杆，然后在半圆的支撑上焊接来构建每个部分。

然后，我在两个部分冲洗之间打开关节，打破了轨道的所有边缘，用针文件加入，并将它们焊接在一起。我发现我需要大量的焊料，如果我想靠近一个坚实的联合，我也发现你真的想要小心，以免让焊料在轨道内部积聚并抑制球小路。

接下来我直接在底座上铺设轨道，并标记我想要漏洞的地方。当然，赛道将被倾斜，所以这些孔位置并不完美，但每次我都不想要钻一个新洞，我不想让整个轨道脱落，所以我刚刚在洞穴位置猜测并钻了他们所有人一次。如前所述，我想要紧紧适合所有的支持，所以我将洞钻出到1.5毫米并强制了1.6毫米的棒。

然后它只是将支撑杆切割成尺寸和焊接的问题。我削减了它们的稍微短，所以我不仅可以提高，而且一切都在一起，还可以在一起进行微调。这结果是非常有帮助，并且底座中的孔足够紧，这仍然是令人难以置信的坚实。

与螺旋轨道进行非常相似的交易，除了使用夹具更难地铺设支撑间距或保持轨道宽度，所以我依赖于我的数字卡列普。赛道再次用两部分制成并一起焊接

当我完成Zig Zag轨道时，将螺旋轨道安装到基地上，曲目现在结束了！完美的时间测试一切仍然有效

在这一点上，在这么多的工作之后，我终于可以看到我脑子里的成品，一切都正如我所希望的那样工作。我很欣喜若狂。

在透明涂覆黄铜之前，添加了几件事。

1。Added some supports to the ends of each track, not for structural reasons but because I noticed that with these extra supports, the ball will not be able overshoot the lever arm and will instead hit the support and fall into the lever. Though my final track was slow enough that this was never a concern, it occurred sometimes in testing.

2.为线圈臂添加了额外的支撑。这始终是计划，因为线圈和杠杆臂上存在很多压力。

3.测试时，您可能会注意到杠杆臂上的一些蓝色钉。这是完全平衡手臂。显然，我没有在最终设计中没有打击蓝钉，所以用一些精确的鳞片称重鳞片，我焊接在一段长度的黄铜并打磨它直到我击中完美的平衡。

4.未示出，但在下一个步骤中透明涂层后，我将一些黑色的热泉水放在杠杆击中的柱子上，以阻止其动量。添加了这是为了保护透明涂层，软化吹扫并减轻噪音。

我一直想清除我所知道的一切，我可能会离开这个大理石机户外。我在当地五金店发现了这种黄铜和铜特定的透明外套并使用了。

As mentioned at the end of the track switching lever step, I knew I had to clear coat the lever first and then solder on the final support and mask it all up to clear coat the rest. Otherwise the lever and axel would have definitely gummed up from the clear coat.

我准备了所有的黄铜并用一些蓝色粘性掩盖轴承，然后喷洒所有的黄铜部件。喷雾对杠杆工作非常好，但它在轨道和其他部件上留下了一个非常颠簸的表面。我想也许这是因为当天我喷洒剩下的零件时太热了，涂层在晚上闪过。

在任何情况下，它都留下了一个非常粗糙的部件上的遮罩表面，但它非常快速地平滑，有一些湿砂纸，带1500个砂纸。然后，我用2000个砂砾越过轨道部分，以确保它是球的摩擦力。

我很满意透明的外套，因为它看起来超级耐用，并且在轨道切换杆上工作得很好，但即使在砂磨平滑之后，剩下的部分也明显比杠杆或不喷雾的黄铜部件变得迟钝。如果有人有任何想法下次如何解决这个问题，请告诉我。

Now we will move onto the electronics. I start by mounting the solar panel as that is what the rest of the electronics will be built off.

I laid out the supports in place to make sure I would be happy with how everything sat in the end. Then I roughed up the solar panel with a file in the places I knew I would be putting epoxy. I will need to epoxy the supports to the panel as it will be quite easy to bump once assembled and it on a tall support, both things that will threaten to rip the panel off the supports. I also took away some of the solder mask in places to make a couple more solder points for even more support.

不幸的是，如果我进入深度，自由形成电路将是一个大规模的指导，我认为我会在某些时候制作一个自由形成的。最重要的是，它是一个艺术而不是一组指令，所以我认为最好描述我的过程而不是单个步骤。

对于这个特定的电路，我知道它是一个棘手的排除术语，因为它在一段时间难以测试的时间是我通常喜欢构建的时间。因此，我决定尽可能靠近我以尽可能最大限度地放置误区的方式。

I start by making my positive and negative rail. Often this is a very good place to start. Although it may not always be the most elegant and aesthetically pleasing way to lay out simpler circuits, it is very useful for slightly more complicated ones. Each rail is supported on the opposite side through a small, 10nF, axial capacitor. This too is something I often do as not only is it a great way to massively boost the rigidity of the circuit, I also found in testing that I actually needed to put a 10nF capacitor across the power rails of my prototype otherwise sometimes the circuit would not properly trigger and would oscillate.

Then I started soldering up the components similar to how I would connect them on a breadboard. You can track how I went about this through the photos. One strange thing I did is use a socket for the zener diode so that if, in the future, the caps or coil become weaker, or friction builds up in the lifting lever, and the lever can no longer reliably lift the ball, I can change out the zener diode for one with a higher breakdown and hopefully keep the machine working without massive changes.

重要的：您可能会注意到，我在正极和负铁路上有一个电阻。这是一个小型100欧姆电阻，确保太阳能电池板在完成后不开始激活电路，可能会破坏组件。刚刚缩短太阳能电池板的正负负面也可以工作。

最后的装饰触摸，我认为这一切都在一起关系，是黄铜名牌。我首先在插画家中设计了我的设计，然后用指甲油清洗并涂上适当大小的黄铜。然后，激光蚀刻钉子抛光，我希望最后一部分是黑色的，在我希望黄铜展示的地方留下了波兰语。然后我将黄铜安装到一些泡沫中，并将其留在1部分30％盐酸的混合物中至2份3％过氧化氢。我忘记了它，留下了太长，大约2个小时，所以一些字母和边缘很不错，但我认为它会增加魅力。

最后，我盖上了我的名字和年份，用指甲油充满了一切（适当的珐琅是应该使用的，但我知道我想清除一切），一旦指甲油完全干燥，就砂回到凸起的黄铜部分。

我非常高兴这一出现了，但我确实有一些未来的改进我可能会产生。我想我会添加一个简单地通过小电阻器短路的开关，以便我可以有效地关闭设备，因为这是大部分电路电路上缺少的功能。

I also noticed that in full sunlight, the circuit charges faster than it takes for the ball to roll back down the track. If I had known this could be the case, perhaps I could have designed for a way to use multiple balls however for the time being I am trying to think of a simple timing circuit that won't allow the circuit to trigger again until enough time has passed. The problem there is that the extra energy still being produced by the panel has to go somewhere. Maybe I will make it spin a motor for a second, we will see =)

在任何情况下，我都有坐在阴凉的阳台上的电路，所以现在它很棒。

我仍然肯定需要清除电路，但是我会等待先查看我是否先添加这些其他改进。

Thanks for reading!