2021年12月23日 星期四

閱讀筆記:萬物靜觀皆自得,林麗琪繪本

早期見到「林麗琪的秘密花園」植物繪本,就深深被此種以素描為主的插畫風格所吸引,後續參觀台灣博物館舉辦繪自然(連結)展覽,對其源流有了更多瞭解,可遠朔自航海時代以來,因科學採集的需要而興起的紀錄方式。

數百年來,此種技法為博物館學奠定了深厚基礎,只是隨著攝影技術發展,耗時且主觀的素描方式,無法與快速且客觀的照相功能相比,逐漸被歸類為古典小巧的消遣而融入歷史洪流中。

此種處境非常類似繪畫中寫實(現實)流派的困境,我想應該不會有人說,是為了捍衛圖畫的傳統性而花費數天甚至數月,只為完成相機一秒鐘就能攝下的作品。那麼,類似此種像攝影或圖錄,與實物相比,說像又不像形式,帶著輕微變異風格的繪畫,究竟有何意義呢?

以林的作品來說,其觀察入微,讓我們看見植物含苞、盛開、凋零與新生的過程。必然投入大量的耐性和嚴格的畫家自制力。在追求變遷與快速的社會氛圍中,如何能懷抱理性,沉靜地固守心靈的家園,默默耕耘著一片沃土呢?答案或許就在麗琪老師的自述介紹中:連結 連結

走進山林的時刻
樹林裡的動靜深深吸引我的目光
我看見飛舞的蝴蝶、啃食葉片的蟲子
鳥兒在枝頭覓食跳躍移動的身影
我喜歡觀察野地裡細微的生命
記錄生物成長過程的發現與驚奇
藉由描繪葉片、花朵
掉落野地的一段枯枝
感覺植物的呼吸
自然繪圖就像一把鑰匙
開啓我探索野地的方式
讓我體驗自然中形形色色的生物脈動
畫一片落葉看見葉子枯萎捲曲的變化
畫一朵花體會植物的生命
每個果實種子皆為傳遞新生的希望
一片草叢、一處樹林在我的畫紙上慢慢綻開
跟隨季節更迭
欣賞自然豐致的變化
感受空氣中的溼度、氣味
自然賦予我靈感的泉源
從記錄身邊的小花野草
喚起生命單純原始的感動

或許從學院的角度看來,此種繪畫方式的確缺少啟示性的藝術語言,也沒有特殊思想性,更不是最新鮮流行的思潮,但對於作者來說,創作很單純,就是能將個人的觀察,以自己能接受的方式完整地詮釋,傳達出面對植物時最貼近內心的感知,已經足夠。

自畫像 連結

對比作者的生活環境,自己主要在社區與辦公大樓間移動,少有機會仔細凝視一朵花、一片葉,所以毎次翻開書頁,觀賞著作者一筆一畫勾勒的花草,就好像隨同她進入丹鳳山徑間,共感其豐富的美感和持續的精神追求,體繪著生命的奇蹟和溫柔,也從中獲得屬於自己的安定與撫慰。

2021年12月22日 星期三

技術筆記:機構齒輪組

齒輪連結有兩個主要功能,一是可以改變力的方向,二是能夠透過槓桿改變力的大小,也就是扭力。最常見應用是減速機,通過齒輪等裝置來降低動力的旋轉速度並輸出動力,可以獲得與減速比(齒數比或皮帶輪比)成比例的轉矩。如下動畫。齒輪潤滑,能夠減低摩擦力,提升效能。可使用MS-54或凡士林。

實際上拍一組塔式金屬齒輪箱。

有藝術感

網路上有一組齒輪玩具,可以自行組合。

共有三包,包括幾個玩具馬達

TT馬達內部構造。左邊動力轉軸(8)透過四個齒輪( 26:9  36:16   28:14   30:1 ),傳遞到最後位置。各齒輪間兩兩一組互相咬合,上下兩層齒輪間並沒有連動關係。此種搭配經過計算,減速比約為 8/26 X 9/36 X 16/28 X 14/30 = 0.02 也就是1:48。

連結

SG90馬達內部構造,三個中間軸,馬達(左)帶動中間下方齒輪,繼續左邊齒輪,中間上方齒輪,右邊齒輪。

連結

以金屬齒為主的模組成品,特性是轉速慢,扭力大,選擇非常多,也有單獨販售齒輪箱模組。

精密微型電機(連結),已經購買六顆馬達。必暉(連結),產品類似上述,還沒聯繫過。加上原本微型幫浦採購了四個馬達。手邊有八顆同型式但不同齒輪箱的組合。

齒輪設計

齒的大小是根據模數 m 來決定的。m = d/z  d是節圓直徑  z是齒數。m=0.2造成的齒就會很小很密,m=0.4就會大得多。懶得研究可以看這個(連結)。

齒輪和螺絲不同,為了配合產品特性,大多數都會自行生產,目前所知方法有幾種。一是3D列印,使用8K光固化成果,整體狀況穩定,部分有小毛邊仍能運作。二是CNC製作,但CNC的刀子大概是0.4mm大小,也較短,製作出的成品也會有毛邊。三是線切割,介紹如連結,目前接觸的模型廠採用這方案。四若是大量生產,應該是開塑膠模製作。

應用

連結


球狀的滾輪,只要轉動這個輪子,對應的臂可以很大部分轉動,連結

蠕動式(Peristaltic Pump)系統

連結 連結 連結 連結

蠕動式管路的呈現方式2:螺桿

以螺桿搭配輸液管路,透過擠壓,液體可以單方向流動。這個概念是從點膠機或Molding機的管道概念延伸而來。類似產品有現成品,連結

特殊齒輪:行星齒輪

行星齒輪特性為同軸,所以運作更為穩定,空間也更精簡,可以達到非常高的減速比,影片介紹如(連結),DIY如(連結)。應用廣泛,例如自動變速箱。

行星齒輪系統

除一層外,若搭配多層行星齒輪,可以構成二級、三級、四級減速齒輪(連結 連結),達到更多的效果。例如下面空心杯行星齒輪馬達,右方為馬達本體,左側搭配不同層數就有不同轉速,如47轉 240轉 1200轉。



連結

實做來看,手邊由中國東菀和深圳兩家公司(其中之一為上市公司,實際應五家左右)蒐羅到不少空心杯馬達。這些廠商不生產馬達(使用的馬達有網路能買到的相機馬達、無人機小馬達),以生產小型齒輪箱和搭配組裝馬達成套件,材質有塑膠或金屬。除量產品外也能客製化生產不同齒輪組合(金額約台幣二十萬)。

6mm(主力),8mm(最少 連結),10mm,12mm(連結)。

特殊齒輪:諧波齒輪減速器

若覺得行星齒輪已是極限,那諧坡減速器就真的是三界之外了,運作方式,利用內部椭圆和外正圆之間的差動,同時滿足了極高減速比和極低背隙。概念圖如下。

連結

其原理為Strain wave gearing產品名稱harmonic drive,屬於傘齒輪行星輪系的簡諧減速機。連結 連結  連結  詳細介紹 連結

2021年12月16日 星期四

技術筆記:DC馬達


型態 有刷 無刷
直流(常見) 原理  連結
占比  低階占多 高階占少
控制方式  電流決定轉速
缺點  碳粒堆積,雜音大
原理  磁鐵在外,線圈在內,整個線圈一直轉
占比  低階占少 高階占多
控制方式  複雜電路控制各線圈開關
空心杯 DC Coreless Brush Motor
原理  連結 線圈轉動, 屬於外轉子, 扭力大  轉動穩定   RPM:8000~60000轉
占比  多數
控制方式: 電壓決定轉速
應用  小四軸

占比  非常少
步進 X 原理  磁鐵在內,線圈在外,內部的磁鐵棒一直轉
(可說是無刷的進階版本)
應用  3D列印機
參考 連結

馬達是工業時代重大發明項,因為工作需要,稍稍將小DC馬達整理如下。

DC有刷

DC有刷內部長這樣。

手邊的DC有刷馬達非常多,如TT馬達。

最常見的TT馬達 連結

配合蠕動式需要,取得另外一批10mm 12mm項目。主要來源位置(連結),類似還有14mm等等以上規格。(連結 連結 連結 連結 連結 連結)

10mm,搭配行星齒輪宣稱10mm,型號為CHR-10GP-M(10 , 20 , 30)


12mm,從型號上看,區分為G(M A  GM GA差別不明 )   12N(10 20 30),(12應該是註明單邊為12mm/10mm),每種都因為搭配不同齒輪箱,有更多不同選項。(這部分放在齒輪處介紹)。廠商有同美 NIDEC 鴻記 中國馳海 中國恆迅( 連結 )

N10


N10(連結) 1
3.0V 92型:1比150:4-4mm:(NF20)

N10(連結) 2
3.0V 07型:1比50:4-4mm:(NF21 NF22)
3.0V 07型:1比100:4-4mm:(NF23 NF24)
3.0V 07型:1比150:4-4mm:(N10通電不能動 NF25 NF26)
3.0V 07型:1比298:4-4mm:(N1 在機器 N2 在機器 N3通電不能動  NF27 NF28)
3.0V 07型:1比380:4-4mm:(N9)
6.0V 07型:1比298:4-4mm:(N4)

N20

N20(連結) 1

3.0V 26型:1比150:4-4mm:(N7)
3.0V 26型:1比210:10mm:(N12 螺絲掉了一個)
3.0V 26型:1比298:4-4mm:(N8)
3.0V 26型:1比380:10mm:(N11)


6.0V 26型:1比150:4-4mm:(N5)
6.0V 26型:1比298:4-4mm:(N6)

力夫馬達長度和N20類似,所以補充在此,分類(如下),和馳海差別是後座為黑色,中間有金屬小孔。
S02 耗電約25mA X3
S03 耗電約50mA X4
S01 在mockup那 , S05 在YH那 , ERIC那好像有一個??不確定

目前使用馬達
快的
80PWM
NIDEC(五顆)每80扇葉25秒  1.25秒/圈
同美(五顆)類比NIDEC
慢的
80PWM
?? NF27每30扇葉18秒  2.4秒/圈 
?? N4每60扇葉41秒  2.7秒/圈
?? N9每60扇葉49秒  3.2秒/圈
?? 反正現在正在買外一組馬達來使用。

N30

因為太長,根本不考慮

特殊馬達

直径12mmGPM20行星齿轮箱(N13)
特殊GM1215R空心杯 DC 3V减速比:1比100出轴长度:4点4毫米(N14)

電子控制:

方式一,用目前的motor driver。

方式二,電壓不大可以直接使用MOSFET控制轉速連結,場效應管是用電壓控制電流,作用跟三級管類似(三極管放大器和MOSFET的差別,連結 連結 ,三極管是用電流控制電流),相比於三極管,場效應管體積更小功率更大。應用上,則是透過PWM控制MOSFET,進而調整電壓。範例  D10N05 ( 連結  這顆IC很難買,或許可以用D14N05替換 CACHE  )  IFR540N ( 連結 ) SI2302 ( 連結 )

使用D10N05範例電路 影片

四軸範例(簡易到難)  連結  連結  連結   直接賣產品 連結。其他:飛控連結

方式三,用L298N,連結連結連結


另外這個買了卻忘記型號

DC無刷 Brushless DC (BLDC BL motors)

下圖是無刷馬達內部構造。無刷馬達的優點很多,也開始大量應用在生活中。自己常接觸的是小四軸使用的無刷馬達。教學影片

網路截圖 連結

電機具體對應4位數字,例如名稱2212。其中前面 2位是電機轉子的直徑,後面 2位是電機轉子的高度。簡單來說,前面 2位越大,電機越肥,後面 2位越大,電機越高。例如XXD A2212 2450KV (新西達 A2212 2450KV 無刷馬達)。又高又大的電機,功率就更大,適合做大四軸。

每個無刷電機都會標準多少 KV值,這個 KV是外加1V電壓對應的每分鐘空轉轉速,例如:1000kv電機,外加 1v電壓,電機空轉時每分鐘轉 1000轉,外加 2v電壓,電機空轉就 2000轉了。

電子控制:BLDC並不是一個把正負極插上去就會動的東西,要透過程式去控制裡面的線圈在不同的時間產生不同的磁場,進而讓馬達轉動。電路如下圖。

電路控制概念 連結

同時,電機的電流是很大的,通常每個電機正常工作時,平均有 3a左右的電流,如果沒有電調(電子變速器Electronic Speed Control,ESC  電調 )的存在,飛控板根本無法承受這樣大的電流,電調的作用就是將飛控板的控制信號,轉變為電流的大小,以控制電機的轉速,常見品牌有好盈、中特威、新西達等,參考(連結)。例如XXD HW30A 30A (新西達30A 無刷電變 好盈程序)。

電調在四軸當中還充當了電壓變化器的作用,將 11.1v的電壓變為 5v為飛控板和遙控器供電。電調都會標上多少 A,如 20a,40a 這個數字就是電調能夠提供的電流。大電流的電調可以兼容用在小電流的地方。小電流電調不能超標使用。常見新西達 2212加 1045漿最大電機電流有可能達到了 5a,為了保險起見,建議這樣配置用 30a 或 40a電調。

Arduino的程式可參考 連結 連結 連結

其他:控制電調的,稱為飛行控制板,常見有KK、FF、玉兔。

無刷的生產方式連結

空心杯

自己對空心杯馬達的認識,都是從小四軸而來,它和一般直流馬達差異很大,內部構造如下。網路有實際拆解過程影片(連結)。分類時會依照長度與直徑取名,例如720或820。

網路截圖 連結

因為工作需要,購買了帶著減速齒輪的空心杯馬達,實測電流在30~40mA,電壓在2V~4V間變動。比較完整的SPEC資料如下。

  • 6mm,較常見,分為四種級距(1~4,代表行星齒輪有1~4層),價格約15RMB,應用包括了玩具或是門鎖等。供應商有科隆兆威馳海 同美。這些供應商廠辦距離很近,感覺都成了聚集經濟。
  • 從出力數距來看,並不只有四級,例如兆威提供資料(分的非常細)或是同美(3和4中間)。材質上,大多數都是塑膠材料,也有些選項是可以改換成金屬齒輪,剛性更好,預期聲音會更小。如果再搭配提供的電壓和PWM數值。整個的組合非常多。
  • 8mm,只有一種選項連結,價格都40RMB以上,規格
  • 10mm,規格(連結),價格都50RMB以上。

電子控制方式同於直流有刷馬達。

步進馬達

內部結構 連結

電機分類:以外型大小區分,常見有42步進和57步進,代表馬達本體寬度,3D列印機常用42步進馬達。

網路截圖 連結

其他還有各種微型步進馬達(連結)。

連結
M42SP-4NP(連結)

6mm帶行星齒輪的歩進馬達

電子控制:常見為兩相四線。可以參考連結,更明瞭磁激順序。市售有專屬控制板,可同時操縱各種馬達(連結)。


實做驅動,利用手邊步進馬達,四線資料,黑B- 白A- 藍B+ 紅A+。對應到 B/OUT  A/OUT  BOUT  AOUT ( 分別是靠近板邊位置 )

ServiceLayer->CommandExecutor->ITestStation

  1. SetMotorPWMDuty(020 輸入80) 落實為 mg_MotorPWMDuty = nDuty;  設為1
  2. MotorRunSteps(010 輸入10000) 落實為 stMotorCtrl.nTrainSize = nData; mg_TrainSize = nData; 還有啟動馬達IDSEngine_StartMotorControl()  磁激順序是call back,放在程式中
  3. MotorStop 落實為 SetMotorRunStop(0);

手邊還有個步進馬達驅動模組 DC5~35V L298N晶片 步進馬達驅動模組 (連結)

伺服馬達

伺服馬達Servo,定義為馬達內加入感測器,能精確瞭解旋轉角度,常用在機器人手臂等一個圓周內的機器運動。最常見(也最便宜)的Servo為SG90,感測原理是齒輪組下方貫連著可變電阻(電位計),可變電阻將信號傳給控制晶片,轉譯成角度資訊。(連結 連結 連結)。雖不是完全精確,但的確有回饋控制的功能。此影片清楚介紹內部結構,包括可變電阻的回饋機制(連結)。


SG90 連結

若要解除此角度限制,可利用此影片內容(連結),短路此電阻,成為全速轉動模式。

量測馬達轉速

附掛馬達後,讀取數據,方式有二。霍爾編碼,理論(連結),產品(連結 連結 連結),應該可以整合在12mm上,體積較小。



光電編碼,如下(連結 連結),體積似乎較大。

量測馬達效能方式

馬達在不同工作條件下,各項效能指標。常用報表格式。

馬達特性曲線圖 連結


量測有兩種方式,一是電動機對手模式。二是用拉繩直接量測扭力。

馬達聯軸器

連結

2021年12月14日 星期二

無畏前行,棲蘭超馬50KM

2021年受疫情影響,心情浮動和焦慮與緊張深深影響著每個人,在這不穩定狀態下,訓練自己,回歸內在之旅,讓靈魂漸漸強大,是我對自己的期許,具體的落實方式,則是努力地,一步一個腳印,完成12月11日的棲蘭超馬50公里林道賽。( 網站 FB )

漫長的賽道,加上爬升1552公尺( 路線 ),絕不輕鬆,只是正逢自己將在明年跨越五十歲知天命門檻,50歲跑50K聽來就充滿期許,讓我覺得這活動不只是體力的磨練,更是讓我看清前路的機緣。

懷抱著忐忑不安的心,清晨八點,與二百多名參加者,於160林道口出發,往十二公里外的三姊妹台灣杉跑去。

歷經幾個彎道後,開始上坡道路,若在平時的馬拉松,此時必有人開始當步兵,但願意參加這活動者,各個都是胸有成竹的大步向前邁去。看大家都這麼精實,自己也不敢怠慢,即使路邊有美景也不敢停下拍照,看準一位步伐穩健的帥哥,就這麼緊緊跟著他步伐和呼吸節奏前進,此時大約位在全部參加者的前三分之一位置。

約9:35抵達三姊妹台灣杉,這三棵樹因為澳洲團隊於2017年來台時,稱為撞到月亮的樹-台灣杉姊妹而出名,附近樹木已經很巨大,但這三棵樹更是筆直的衝向天際,在現場雖然感動到不行,但眼看著緊跟的帥哥開始折返只能拔腿繼續前行。沒有久留快速通過換來的是,整體排位更往前移到四分之一,讓我對完賽更有信心。後續查詢這三棵樹高度約七十公尺(美國巨杉有紀錄約九十公尺),我五十歲的生日禮物也是這三棵樹的框畫。

由台灣杉回至160林道出發點,同樣是十二公里,與來時相反為緩下坡,今日天氣清朗適合跑步。優閒跑在巨樹和林蔭間,心情美麗,疲憊感也少,最後三小時二十分回到起點。

後續的100林道,長度約27公里。前五公里,上坡多下坡少,但都還在能承受範圍內,先前帥哥不知為何消失無蹤,放眼望去前後無人只能獨推。好不容易追上兩位跑者開始後續結伴同行。

林道18公里處,林道轉開闊,左側是不知名高山,翻過高山和泰崗溪就能抵達司馬庫斯,右側地勢逐漸降低,滿是蔥鬱的樹林,像地毯般無限展開。霧氣在山間生成,凝結成雨滋潤而下,就會化為溪流貫注到目前就可見的蘭陽溪河階谷地。


山腰間的林道,放大還能見到跑者

林道轉入上面照片左側後隨即進入山坳,約12:50分抵達鴛鴦湖管制區。此處距離終點只剩15公里,計算距離與時間,即使步行都能完賽的輕鬆心情下,在補給站快樂吃喝,並與其他跑者們交換心得。

之後嘗試獨推,01:04抵達棲蘭工作站,恢復與張甯皓結伴跑。十多公里路程中,除了上坡,我們都踩著同樣頻率步子,分毫不差的穩定前行,這是種神奇體驗,覺得兩人合而為一,我想如果沒有他,這段十多公里路程,將會是非常痛苦的一段,人說同行致遠就是這個意思吧。

最後幾公里,疲憊加上興奮,幾度跑到想哭。但心中同時也有聲音不時告訴自己,現在每踏出的一步,都是在刷新自己紀錄,推向更遠的邊境。就這樣朦朦朧朧中,於02:46抵達100林道口,總計六小時四十多分完成50公里挑戰。

挑戰中的痛快

好夥伴 張甯皓,約著未來單攻雪主


一把年紀還能有這成績,頗感安慰

整理歷年慢跑活動:

  1. 2016 新竹 城市馬拉松27 (連結)
  2. 2017 新社 櫻花馬拉松42 (連結)
  3. 2017 新埔 遠東紡織馬拉松42 (連結)
  4. 2017 寶山 寶二水庫馬拉松42 (連結)
  5. 2018 埔里 合歡山馬拉松44 (連結)
  6. 2019 馬祖 馬組馬拉松42 (連結)
  7. 2020 坪林 茶茶山徑越野19 (連結)
  8. 2021 棲蘭 三姊妹50KM林道50 (連結)


這五年來,每年都固定一或二個賽事,且逐漸偏向山林漫遊和追求耐力。不過這情形在明年就會有些改變,因為今年起加入新竹視障陪跑團隊,未來的馬拉松活動,將不只是體力的拚搏,期盼能有更多人情味。