自动鸡舍门开源硬件

描述

我们后院有一群鸡鸭。与大多数成年人相比，他们的睡眠周期要健康得多：日出时起床，日落时入睡。我们非常爱他们，但我们全年每天（在冬天？更不用说了）天一亮就起床打开他们的鸡舍，让他们获得食物和水，这是不可持续的。幸运的是，我们可以使门自动化。

说明和其他写作正在进行中！

它是如何开始的

我们在 2020 年 4 月获得了出生两天的小鸡（我们的隔离婴儿）。他们在房子里的围栏里住了四个月，直到他们完全长大，这让我们有时间将后院的棚子改造成一个合适的鸡舍。我几乎立即开始研究自动门，首先从整体机械设计开始。我的灵感主要来自另一个 DIY 鸡舍项目中的吊桥机制，对于我有限的机械设计经验来说，这是可行的。当然，我可以让马达缠绕绳子。

门的关键尺寸和吊桥电动机构的草图。

 

运动数学

首先，确定我需要的电机类型。（物理计算的参考）我将一块胶合板切成必要的尺寸，系上一段绳子，然后对它们进行称重，以估计电机需要提升的重量。我得到了 7.8 磅/3.5 千克，为了安全起见，我四舍五入到 10 磅。这转换为大约 45-50 牛顿 (N) 的重量。但是，施加的力（重量）在这里并不重要；正是电机需要的扭矩使绞盘转动并缠绕绳索。扭矩取决于绞盘的大小以及施加的力：

torque = <radius> x <force (weight)>

不同绞盘半径和电机提升 50N 所需扭矩的估计值：（呃，为什么会存在 oz-in 单位？）

• 半径 = 5cm：扭矩 = 2.5 Nm / 350 oz-in
• 半径 = 2.5cm：扭矩 = 1.3 Nm / 180 oz-in
• 半径 = 1cm：扭矩 = 0.5 Nm / 80 oz-in

我使用 1 厘米作为实际可以制作绞盘的最小半径，而且我绝对不会制作大于 5 厘米的绞盘，所以这给了我电机传递所需的最小和最大扭矩。

但是，在提供相同功率的情况下，电机可以提供的扭矩越大，其速度就越慢（至少对于齿轮电机而言？）。我希望门需要大约 20 到 30 秒才能打开/关闭——太快会使鸟断头台，太慢则效率太低。同样，门的提升时间取决于绞盘的尺寸，因为更大的绞盘和更大的周长将在一圈内缠绕更多的绳子。门会在打开和关闭状态之间移动大约 40 厘米，因此我们计算：

motor speed (in RPM) = <rotations> / <time>
                     = <total distance> / (<circumference> x <time>)

我们忽略了这样一个事实，即绞盘每转一圈都会稍微多缠一些绳子，因为缠绕的绳子会增加总周长，因为这是估计而不是物理推导。对于上面使用的相同半径，并使用 2π = 6，我们估算电机速度为：

• 半径= 5cm：周长= 30cm，速度= 2-3 RPM
• 半径 = 2.5cm：周长 = 15cm，速度 = 4-6 RPM
• 半径 = 1cm：周长 = 6cm，速度 = 10-15 RPM

因此，如果绞车半径为 1 厘米，我需要一台能够处理至少 80 盎司英寸扭矩（失速扭矩）同时仍至少以 15 RPM 旋转的电机。查看一系列 12V 直流电机，这款30RPM 137 oz-in 失速转矩电机完全满足了这些要求。