Mechatronisch productontwerp Arne Maes (4IO) Matthijs Cottignie (4ELA) Maxim Solomaniuck(4IO)
1
INHOUDSTABEL 1 TEAM 2 OPDRACHTSTELLING 3 EXPLORATIE 4 INSPIRATIE 5 IDEA GENERATION 6 IDEA SELECTION 7 PROTOTYPES 8 CONSTRUCTION 9 EINDRESULTAAT 10 REFLECION
3
3 4 5 6 7 8 9-13 14-19 20-21 22
1 TEAM
Maxim Solomaniuck Industrieel Ontwerper
Matthijs Cottignie Elektronica-ICT
Arne Maes Industrieel Ontwerper
Dit multidiciplinair team bestaat uit twee industrieel ontwerpers (Maxime Solomaniuck en Arne Maes), en één elektronica-ICT (Matthijs Cottignie). Door de taken complementair te verdelen volgens de kennis, vaardigheden en expertise van ieder teamlid zal het de kwaliteit en productiviteit van het product bevorderen.
Projaan etctechnien suichetvoerenkenniiss, eenmaartedooramspeleen, projgebrek ecten miaanslukkenteamspiniertit.door gebrek
2 OPDRACHTSTELLING
3 EXPLORATION Brainstorm:
In het begin van het project zijn we begonnen met een brainstormsessie om zo de grenzen van ons project te verleggen. Het werkobject was 'smoke effects' en hoe we deze kunnen verwerken in een user experience. De volgende stap in de product ontwikkeling was de ideeën te toetsen met elektronische haalbaarheid a.d.h.v. de kennis van Matthijs (elektronica-ITC).
L
aston & Geo, twee vrienden uit Antwerpen die al jarenlang achter de djtafel staan, verloren hun ziel aan muziek. Hoewel ze gewijd zijn aan house en electro beats, gaan ze ook overboord met diverse genres als drum & bass, trap, future bass, nu-disco en zelfs af en toe een snuifje van rock... maar... alleen als het funky baby is! Ze speelden samen met deejays als Laidback Luke, Dada Life, Sound Of Stereo, The Glimmers, The Subs, Discobar Galaxie, Geht's Noch?, Aeroplane, Murdock, Ed & Kim, The Oddword, Hermanos Inglesos, Fedde le Grand, Jan van Biesen, Marco Bailey en vele, vele anderen. Niet alleen rocken ze de dancefloor, ze zijn ook erg druk bezig in de studio , bij het maken hun eigen mixtapes, bootlegs en remixes. Laston & Geo zijn nu op zoek naar een user experience die hun dj-sets kan aanvullen tot een complete show. Hierbij werd voorgesteld om visueel te werken bijvoorbeeld met rook en lichten.
Opdrachtstelling:
Creeër een user experience op een event of party aan de hand van rookeffecten. Deze rookeffecten moeten intrageren met de muziek op een elektronisch aangestuurd systeem. 5
Wat is een VORTEX? Latijnse benaming voor werveling. In de aerodynamica staat het gelijk aan een spiraalvormige luchtstroming. Een vortex of (lucht)wervel is een draaiende beweging in een fluïdum. Een vortex kan twee- of driedimensionaal zijn. Tweedimensionele zijn stabiel, terwijl driedimensionele instabiel zijn. Vortexen kunnen voorkomen als een mono-, bi- of tripolaire wervel. Wervels kunnen gebruikt worden om de overdracht van krachten op het medium te vergroten. Omdat lucht zich altijd tracht te verplaatsen van een hoge naar een lage druk, kan er een vortex ontstaan. De U-vormige stroming zorgt voor turbulentie en luchtweerstand.
4 INSPIRATION
5 IDEA GENERATION
In deze fase gingen we op zoek naar de mogelijkheden van een vortex als user experience. Verschillende ideeën werden gegenereerd, van een vortex kanon tot een vortex ruimteschip. Alle concepten werden vervolgens overlopen, en via een consensus geselecteerd i.f.v. de user experience en haalbaarheid.
7
6 IDEA SELECTION Via consult en interne debat hebben wij gekozen voor een vortexkanon die gebruikt kan worden op feesten en eventen. Het is de bedoeling dat de vortexen reageren op de maat van de muziek volgens een DMX-sturing. Dit is de standaard bus om lichten, moving heads, stroboscopen, … aan te sluiten. Eisenpakket: - Beweegbaar in x en z - Aansturing via DMX - Vortexen moeten reageren op de muziek - Snelheid van de vortexen moeten geregeld kunnen worden
7 PROTOTYPING Doos met gat
inspiratie: http://www.youtube.com/watch?v=hi1dJ2MM-nY Perfect rond gat in doos gesneden, diameter 12 centimeter. Met tape de randen en spleten goed afplakken. Zo kan de lucht enkel via het gat ontsnappen. Met wierook stokken wordt rook gecreëerd. Werking: Korte maar krachtige slag uitoefenen op twee tegenovergestelde wanden van de doos. Bij elke slag zou er een vortex ring uit de doos komen. Hoe harder geslagen wordt, hoe sneller de ring vooruit beweegt.
- Het moet patronen kunnen maken voorbeeld spiraal van vortexen - Mobiel - Gebruiksvriendelijk - Zeker één liedje (3-5min) zonder dat de rook op is - eye-catcher
Vortex door sub woofer Vortexen ontstaan door een korte en krachtige luchtverplaatsing, met een sub woofer als luchtverplaatsings mechanisme kunnen we dit fenomeen simuleren. Hierdoor verdwijnt de manuele handeling van de doos met gat.
9
De initiële subwoofer leverde niet genoeg luchtverplaatsing, vandaar dat we deze vervangen hebben door een subwoofer met een hoger vermogen (800W). Door verschillende signalen als input in de woofer te sturen probeerden we de ideale vortex te creeëren, een krachtige stoot met een trage terugtrekking. Het nadeel van de grote subwoofer is het gewicht en de externe versterker die nodig is om deze aan te sturen. Dit systeem leverde mooie vortexen maar echter niet met dezelfde kwaliteit als manueel met een doos. Vandaar dat we andere opties niet uitgesloten hebben.
Experimenteren met droog ijs Vortexen maken met droog ijs lukt niet zoals verwacht. De rook in de vortexkamer krijgen is niet evident. Er zou al een water reservoir in de vortexkamer moeten zijn om daar de rook in de vorm van een ring naar buiten te voeren.
Experimenteren met geur De geur wordt in de doos gespoten. Direct daarna drukken we de doos snel samen, een geur-vortex kan op afstand geroken worden. De user experience word op deze manier versterkt.
Experimenteren met de x en z-richting Verder werd er ook geëxperimenteerd met de uitgangsvorm, diameter van het gat (diafragma) en volume, om zo een beter resultaat te bekomen.
Om bepaalde patronen te creëren zoals een spiraalvormige vortex patroon werd de statische doos bevestigd op een roterend frame (zie foto links). Manueel konden we zo bepaalde patronen genereren. Een bewegend vortex kanon heeft de meerwaarde zich te richten volgens de muziek. Zeker een extra experience voor de gebruiker.
Luchtverplaatsing via plastiek folie De luchtverplaatsing gebeurd d.m.v. plastiek folie, hierdoor creëren we onze eigen sub woofer. Er wordt meer lucht verplaatst door dit systeem. De activatie gebeurd met de hand. We willen dit later computer gestuurd activeren. Door de folie in te duwen, en vervolgens uit te rekken worden er mooie vortexen gegenereerd, beter dan via de sub woofer.
11
Experimenteren met lineaire actuatoren
Experimenteren met rookontwikkeling
Om een vortex te maken met diameter 20cm hebben we veel sub-woofers nodig om voldoende luchtverplaatsing te krijgen. Om de kosten te drukken experimenteren we verder met de plastiek folie. D.m.v. diverse lineaire actuactoren en slag-systemen stuurden we de folie aan.
Met de nieuwe rookmachine en heavy smoke liquid verkrijgen we duidelijke vortexen. Alleen blijft er nog te veel restrook in de ruimte hangen. Deze proberen we weg te werken door de ideale diameter/luchtverplaatsing verhouding te zoeken. Volgende stap is werken aan de uitgang van de box.
Experimenteren met de mondopening Tijdens het labo hebben we de basis gelegd voor de nieuwe uitgang van ons vortexkanon. Geïnspireerd op een paper van Disney.
Experimenteren met het vlies
Om een krachtigere stoot te bekomen maakten we gebruik van een rekker systeem waarbij de motor een rekker aanspant (d.m.v. een tandlat) en vervolgens laat schieten. Bij de eerste tests verkregen we een mooie vortex. De rekkers kunnen harder en zachter opgespannen worden om de snelheid van de vortex te optimaliseren.
Door een harde cirkel aan het vlies te bevestigen verkregen we dubbel zo veel luchtverplaatsing.
Conclusie prototype fase: Uit de prototype fase hebben we beslist om de vortexen te creëren via een vlies aangestuurd door een roterende gelijkstroommotor. De inwendige rekkers trekken het vlies terug waardoor een vortex ontstaat. Om een vortex te maken met diameter 20cm hebben we echter veel sub-woofers nodig om voldoende luchtverplaatsing te krijgen. Het gewicht en de externe versterker worden hier als nadelen beschouwd. Een afgeronde mond maakt dat de vortexen beter gevormd worden. Verder zullen we voor de x en z-beweging gebruik maken van een tandwieloverbrenging gestuurd door een stappenmotor.
13
8 CONSTRUCTION
De ton (reservoir met rook) is rond en moet scharnieren rond een as. Hiervoor maken we blokken die een afronding hebben dezelfde als die van de ton. De tegenovergestelde zijde is echter plat en zal in het frame moeten scharnieren.
Het frame
Het frame wordt uit multiplex gemaakt. Dit maakt de constructie zwaarder en lomper. Het voordeel is dat er makkelijk objecten kunnen aan toegevoegd worden (voeding, tandwielen, elektronica, stappenmotoren etc). Uit multiplex maken we twee schijven die later over elkaar zullen roteren. Het scharnierpunt voor deze twee grote schijven halen we uit een kaasplank.
Uitfrezen van de uitsparingen in de horizontale en verticale platen voor de stappenmotoren. Bij de horizontale platen komt de stappenmotor volledig door de plaat. Bij de verticale wordt de stappenmotor 5mm verzonken in het hout.
Het scharnierpunt alleen is niet genoeg om de twee platen stabiel te roteren over elkaar. Inkepingen en wieltjes houden de twee platen parallel tegenover elkaar.
Tandwielen Tussen de twee platen komen de tandwielen om de schijven te laten roteren. Op de onderste plaat komt het grote vaste tandwiel. Op de bovenste plaat komt de stappenmotor met kleiner tandwiel dat in het groter draait. Tussen de ton en de verticale platen komen ook tandwielen, deze om de ton t.o.v. de verticale platen te laten bewegen. Een vast groter tandwiel komt op de ton. Een kleiner tandwiel komt op een stappenmotor, vastgemaakt op de verticale plaat.
De ton wordt in de lucht gehouden door twee verticale platen die op de bovenste roterende schijf komen. In deze verticale platen komen scharnierpunten in de top.
15
De body De body wordt ontwikkeld via een plastieken vuilbak die de vorm weergeeft. Op de vuilbak wordt vervolgens een buis bevestigd die de rook van de rookmachine naar de body geleid. De buis wordt volledig afgedicht met silicone zodanig dat er geen rook kan ontsnappen. Het mondstuk hebben we kunnen recupereren van een vorig prototype, deze is evenals aan de body bevestigd. Het is de bedoeling dat rondom dit geheel een mooie organische vorm ontstaat via een polyester afwerking.
Nu alle uitwendige constructies aan de koker zijn bevestigd kan men overgaan tot polyesteren. Hierbij maken we gebruik van de fleece methode. Deze methode wordt veel gebruikt in de car tuning industrie voor het maken van organische woofer panelen. Een stuk fleece wordt over het geheel gespannen waardoor afgeronde vlakken ontstaan, en het geheel een organische vorm krijgt. Deze wordt vervolgens ingesmeerd met polyesterhars die in de fleece dringt en zo uithardt. Na het uitharden van de fleece wordt nu een versterkende glasvezel laag aangebracht. Het polyester heeft na het uitharden echter een grove structuur die na het spuiten zichtbaar blijft. Vandaar dat er nog een extra mastiek laag aangebracht word, deze bedekt de onzuiverheden die na het opschuren een mooi egale oppervlakte vormt. Een laag primer en zwarte kleurlak werken het geheel af.
17
Het rookapparaat wordt verbonden met de buis van de body via een een flexibele buis, zo kan de body vrij bewegen.
Electronica Omdat ons vortex kanon een toestel is dat binnen de fuifwereld moet gebruikt worden, hebben we gekozen voor DMX. Dit is de standaard bus om lichten, moving heads, stroboscopen, … aan te sluiten.
In de opstelling hebben we twee DMX zenders, hierin kan gekozen worden. De eerste optie is de computer met een USB naar DMX converter, de tweede optie is het gebruik maken van een DMX mengpaneel. Daarna worden de DMX apparaten in cascade geplaatst, met behulp van XLR kabels. Ook de elektronica van het Vortex kanon reageert op DMX commando's. Hierbij hebben we zeven kanalen: 1. Enable 2. Vortex speed 3. Vortex number 4. Vortex On 5. Smoke 6. X direction 7. Y direction Het eerste kanaal is de Enable deze moet hoger dan 250 zijn omdat het vortex kanon zou reageren. Dit kanaal is een soort veiligheid om ervoor te zorgen dat geen misse acties ondernomen worden. Het Vortex speed kanaal regelt de snelheid van de DC motor, hiermee regelen we dus eigenlijk de tijd tussen elke vortex. Om een vortex te laten genereren moeten we eerst op het kanaal Vortex number een aantal instellen, hoeveel vortexen willen we zien, met 10 (waarde 255) als maximum en 0 als minimum. Daarna brengen we het kanaal Vortex On naar 255 en daarna terug naar beneden, eens onder de 128 begint de vortex machine de vortexen uit te spuwen. Als het Smoke kanaal boven de 128 komt gaat de relais (van de rook machine) aan voor drie seconden, daarna moeten we terug naar 0 om opnieuw rook te maken. De kanalen X direction en Y direction besturen de respectievelijke rotatie en knik bewegingen. De stuurprint is gebaseerd rond een PIC van microchip, interpreteert de DMX commando's en leest de correcte ingangen en stuurt de correcte uitgangen. Deze interpretatie gebeurd aan de hand van de C code dat aan de hand van onderstaand schema opgebouwd is.
De stuurprint is gebaseerd rond een PIC van microchip, interpreteert de DMX commando's en leest de correcte ingangen en stuurt de correcte uitgangen. Deze interpretatie gebeurd aan de hand van de C code dat aan de hand van onderstaand schema opgebouwd is.
MAIN
INTERRUPT TIMER
Lees # vortexen
Bereken # vortexen
Lees DMX
PWM vortex motor Vortex ON Smoke ON
DMX ledindicatie
Rookmachine timer X,Ysturing motor
De X en Y beweging wordt verwezenlijkt via twee stappenmotoren. Hierbij weet de microcontroller in welke positie de stappenmotor zich bevind door de stappen te tellen. De vortexen worden aangestuurd via een DC motor die in snelheid regelbaar is via PWM.
19
9 EINDRESULTAAT
21 http://vimeo.com/85197150 wachtwoord: mechatronica
10 REFLECTION
Uit de eindannalyse blijkt dat het rookkanon mooie vortexen schiet zoals verwacht werd. Vergeleken met de doos met het gat is het resultaat wel iets minder, de optimalisatie van de luchtverplaatsing zou nog iets beter kunnen. Ook het gewicht hebben we wat onderschat. De stappenmotors voor de z en x-beweging zijn door het gewicht van de polyester iets te zwak uitgevallen. De DMX-sturing werkt perfect, hierdoor is het makkelijk inzetbaar voor een dj-set. Het aandrijfsysteem zou echter ook nog geoptimaliseerd kunnen worden, er treedt namelijk wat slijtage op aan de tanden. Misschien uit een sterker en slijtvast materiaal. We vonden dit project zeer interessant, het vortexkanon biedt veel mogelijkheden voor commercialisatie, echter is er wel wat meer onderzoek nodig. Wij zijn trots op onze realisatie en hopen in de nabije toekomst eens een vortex feestje mee te maken. Takenverdeling doorheen het project: Matthijs Cottignie: Elektronica, onderzoek, montage, programmeren, visuele presentatie,... Maxime Solomaniuck: Onderzoek, frame, houtbewerking, frezen, laser cutting, tandwielen, motor installatie, bedrading, filmpje, montage,... Arne Maes: body, onderzoek, polyester, rookaansluiting, lassen, spuiten, motor installatie, vlies, verslag, pp presentatie, montage,...
23
