昨年の秋（2011年）私は、雇用されている場所で素晴らしいサバティックポリシーを最大限に活用しました。私の妻と私は、この時間の大部分を、アメリカ南西部の美しい西部とコロラド高原周辺の素晴らしい公園の周りをドライブしていました。荒涼とした風景の中で何百マイルも運転している間、夜空の明快さは私が惑星の極回転に適応するために回転するカメラマウントを夢見させるように促しました。静止した三脚で星を長時間撮影すると、星の軌跡ができます。これはクールですが、天体写真家が夜空に細部を撮影することはできません。妻が私の隣の助手席で寝ている間、私は頭の中でギア比を計算しました（何時間もの孤立の間）、そしてこのツールを構築するための他の機械的要件を考え始めました。サバティカルから戻って新しい年が過ぎた後、私はSan Jose TechShopで時間を使い始めました。そこでは、自分の頭の中から自分のもののような呪いをかけて現実の世界に導くことができる素晴らしいツールがすべて見つかりました。 TechShop（www.techShop.ws）でそれを作ることに決めた、そうでなければアクセスが難しい他の多くのツールにそれらが提供するアクセスで、私はこの夢を現実にするために選んだメディアと方法でした。 TechShopで学んだAutodesk Inventorも使用して、機械システムと、レーザーを駆使してアクリルをきわめて正確かつ正確に切断するための図面を作成しました。この赤道儀を作成するために定義したプロセスと手順について説明します。
用品：
ステップ1：感動を得る
仕事から少し時間をかけて、どこかに行ってください。離れた場所やなじみのない場所では、何時間もかけて運転してください。行って世界を探検してください。仕事の煩わしさがなければ、あなたの心がさまよいアイデアを夢見ることができるのは素晴らしいことです。トレイルを作成する車のテールライトで長時間露光ショットを使用してモニュメントバレーの私達の旅行から私のお気に入りの写真の一つを含めました。 2番目の写真は、星の短い（30秒）「長時間露光」写真でも、地球の自転がどのように軌跡を描くかの例です。これはキヤノンT1iの50mmでF1.8で撮影されました。あなたはスタートレイルを見るためにあまりにも注意深く見る必要はありません。また、画像全体にわたって天の川をかすかに垣間見ることもできます。
ステップ2：道具と材料
このプロジェクトを完成させるには、以下の道具と材料が必要です。これらのツールはすべてTechShopで入手できます。ここで私は多くの作業を行うことにしました。
ツール：
Arduino SDK
Autodesk Inventor（または同等のCADツール）
Microsoft Excel（または同等の表計算ソフトウェア）
エピローグ60Wレーザーカッター
デジタルキャリパー
ハックソー
ドライバー
モンキーレンチ
材料：
3/16 "または1/4"アクリルシート（任意の色、透明色を使用）
内径1/4 "ボールベアリング（12）
1/4 "×3"小ネジ
1/2 "内径ボールベアリング（2）
1/2 "ネジ付きスチールロッド
1/4 "×3 1/2"キャリッジボルト（6）
1/4 "×1"ナイロンスペーサー（12）
内径1/4 "、ワッシャ（〜20）
1/4 "内径、1 1/4"外径ワッシャー（〜15）
1/4 "ナッツ（〜30）
ステンレス鋼ピアノ蝶番
角度可変アーム付きスクエア
レベル
パンチルト三脚ヘッド
コントロールと電子機器：
12Vステッピングモーター
ステッピングモータコントローラ
Arduino UNO理事会
12V DC電源
5mWクラスIIIAグリーンレーザー（オプション）
ステップ3：歯車の設計
歯車を設計するには、あなたのモーターを1RPD（1日に1回転）に変換するのに必要な歯車比を計算しなければなりません。カメラはこの速度で回転するスピンドルに取り付けられます。これは私が設計を通して運転し、考えることに私のかなりの時間を費やしたところである。私の最後の決断は1：1440の変換を必要とする1RPMモーターを使うことでした（1 RPM * 60m / h * 24h / d =>1440。）あなたはセットを作成するためにその整数要素を使うことができるのでこの数はうまくうまくいきますリンクギア私が使用した要因は3、4、4、5、6ですので、ギアは3：1、4：1、4：1、5：1、6：1のギア比を持ちます。あなたが同様に使用できる他の要因があります、1440の要因であるどんな有理数でもうまくいくでしょう。あなたが別のスピードモーターを選ぶならば、あなたはギアの適切なセットを決定するために同様の練習に従わなければなりません。
ギアのパラメータが決まったので、それらを設計するにはAudoDesk Inventor（2012）または同等のCADソリューションを使用する必要があります。それはあなたのパラメータを取り込み、最終的な歯車の設計を計算してレンダリングする内蔵の平歯車ジェネレータを持っているので、Inventorはこのプロジェクトに最適でした。しかし、このツールはすべてのギアをギアボックスに組み立てるわけではありません - 次のステップのために保存します。
Inventorで新しいアセンブリを開くことによって歯車を作成できます。メニューの設計タブの下に、動力伝達としてグループ化された機械部品のグループが表示されます。そのひとつが平歯車の設計です。この項目をクリックすると、「平歯車コンポーネントジェネレータ」ダイアログボックスが表示されます。 （最初の図を参照）
我々はギアを通して回転を下げて、そしてレーザーカッターを導くために部品の輪郭を使うだけであるので、この箱の細かい細部についてあまり心配する必要はありません。すべてのパラメータをデフォルトのままにして、Desired Gear Ratioテキストボックスの値を変更しただけです。最初のギアセットでは、この値を3に設定して「計算」をクリックしてください。 （2番目の図を参照してください。）これにより、ダイアログボックスの下半分に「ギア1」および「ギア2」グループの値が生成されます。ギア1とギア2の両方が「コンポーネント」に設定されていることを確認してください。「OK」をクリックすると、ファイルを保存するように求められます。ギアを保存すると、それらは魔法のように作業エリアに現れます。 （3番目の図を参照してください。）その後、コンポーネントを好きな場所に配置できます。選択したすべての平歯車（この場合は3：1、4：1、4：1、5：1、6：1）に対してこの手順を繰り返し、作業スペースに配置します。
最後のステップは、あなたのアクリル素材の厚さと同じになるようにギアの押し出しを編集することです。私の場合、これは3/16 "でした。
ステップ4：歯車のリンク
このプロセスにはいくつかの手順が必要です。 1つ目は、各ギアの中心に同じサイズの穴を配置することです。これに続いて、各歯車の回転軸を同じシャフト上にある他の歯車の回転軸に拘束する。最後に、リンクギアセットの面をオフセットで拘束する必要があります。
各歯車の中心に穴をあけるには、歯車コンポーネントの1つを開き、歯車の面に新しいスケッチを作成します。 描画グループから点を選択して、歯車の中心に点を配置します。スケッチを終了し、修正グループから穴ツールを選択します。作成した点を選択し、使用する鋼鉄棒の直径と同じになるように円の直径を定義します（私の場合は1/4 "です）。穴の種類は単純な穴を開けてください。このプロセスを繰り返します。あなたのデザインの残りのすべてのギア用（最初の図を参照）
あなたの歯車はこれで完成です。回転軸を作成して拘束することで、すべてのギアセットをリンクし始めることができます。まず、作業フィーチャグループ内の軸ツールを選択します。軸を作成するために作成した穴を選択します。 あなたがこれにリンクしたい他のギアのためにこれを繰り返しなさい。一致する軸のセットを作成したら、位置グループの拘束項目をクリックします。両方をクリックして作成した2つの軸を拘束し、拘束を適用します。残りの穴についてもこれを続けます。ギアセットは任意の順序で連結することができます。私は最も大きいギアから始めて、すべてがリンクされるまで次に小さいギアを徐々にリンクすることを選びました。大きなギアの回転軸を、それにリンクしているセットの小さなギアの回転軸に拘束する必要があります。 （2番目の図を参照）
すべての歯車の軸がリンクされたら、リンクされた各ペアの面をオフセットで拘束する必要があります。これはそれらが互いにオフセットされて自由に回転するようにそれらを配置するでしょう。 （3番目の図を参照）
これで、すべて適切にリンクされている一連の平歯車が手に入りました。それらを収容するためのギアボックスを組み立てることができます。 （4番目の図を参照）
ステップ5：ギアボックスの設計
このステップでは、各シャフトが回転するボールベアリングを収容する3つの別々のパネルを作成する必要があります。始める前にあなたはそれらの最終的な構成にギアを配置する必要があるでしょう。ギアを配置するときは、できるだけ他のシャフトを邪魔しないようにする必要があります。私は、アルミシャフトがギアボックス全体を通過できるようにするために、1：1の比率で2組目のギアを追加する必要がありました。 （最初の図を参照）
歯車が最終的な位置に来たら、歯車の1つの表面からオフセットした新しい作業平面を作成します。これがギアボックスハウジングの形状を作成する面になります。あなたは単純にすべての歯車の周りに長方形を描くか、あなたが歯車の周りに輪郭を作ることができるもっと効率的で優雅なデザインのために。これが私が使ったプロセスです。
作成したサーフェスに新しいスケッチを作成して、Project Geometryを選択します。歯車の各穴をクリックしてこの形状を作業面に投影します。 （2番目の図を参照）
歯車の穴を作業平面に投影したら、各円の中心を中心とした円を作成できます。 （3番目の図を参照）
接線で円をつなぎましょう。 （4番目の図を参照）
それでは、 "修正"グループ内の "トリム"ツールを使って、作成した形状の輪郭の内側にあるすべての線分を選択します。 （5番目の図を参照）
パネルの輪郭を構築する最後のステップは、回転面を回転させて惑星の極回転に合わせるために、ピアノのヒンジを取り付ける直線部分を下部に作成することです。これを行うには、図形が好みに合うようになるまで描画を回転させます。これを行った後、パネルの周囲に沿って最も遠い点と整列する長方形を作成します。 （6番目の図を参照）
パネルの輪郭を作成する最後の手順は、残りの内側の線をトリムすることです。 （7番目の図を参照）
輪郭が定義されたら、使用しているボールベアリングの外径と一致するように投影穴パターンを修正する必要があります。私の場合、外径1.125インチと0.7インチのボールベアリングを使用しました。 （8番目の図参照）
ギアボックスの最初のパネルを作成するには、この形状を押し出します。これをあなたが使っているアクリルシートの幅、私の場合3/16 "に押し出します。
最初のパネルを作成したら、フロントパネルとバックパネルにこのデザインを複製する必要があります。この部分の最後の図では、パネルが歯車および歯車を接続する車軸とどのように揃っているかがわかります。
ステップ6：動力伝達の設計
物理設計のこの最後のステップでは、タイミングプーリーとステッピングモーター用のハーネスを作成します。 Autodesk Inventorは、歯車と同じように、この目的に非常に優れたウィザードを提供しています。
デザインタブの下の送電グループで、同期ベルト項目を選択します。 （最初の図を参照）
あなたは固体の上にタイミングプーリーを作る必要があるでしょう。ステッピングモーターからギアボックスへの動力伝達には、1：3の比率を使用しました。あなたはあなたが選んだ値に従って各ギアのために歯の数を修正する必要があるでしょう。 （2番目の図を参照）
動力伝達装置を設計したので、それをギアボックスに配置する必要があります。大きいタイミングプーリーの中心点をギアボックスの最後のギアの車軸にリンクします。ギアボックスの外側の正しい位置になるまでパワートランスミッションを回します。 （3番目の図を参照）
このプロセスの最後のステップは、ステッピングモーターがパワートレインに合うように、ステッピングモーターの取り付け機能を作成することです。小さいプライマリタイミングプーリの中心を使用して、ステッピングモータの中心をフロントパネルに合わせます。次に、この点を使用してモーターを取り付けるために必要な機能を作成します。 （4番目の図を参照）
ステップ7：レーザーを使った楽しい：コンポーネントの切り出し
ギアとギアボックスの設計が完了したら、ファイルをベクトル図に変換しなければなりません。ベクトル図は、CNCレーザーを使用して切り取ることができます。最初に新しい図面を作成し、境界線と作者の図面を削除します。アクリルシートのサイズと同じになるように図面のサイズを変更します。歯車を1つのファイルに貼り付けます。 （最初の図を参照）
同じ方法で追加の図面を作成し、ギアボックス用に作成したパネルをインポートします。
これらのファイルは、ファイルを切り取るために使用する予定のどのベクター描画ソフトウェアとも互換性のある形式にエクスポートする必要があります。この手順ではAdobe Illustratorを使用することを選択したため、ファイルをAutoCAD DWGファイルとしてエクスポートしました。何らかの理由で、最新バージョンのAdobe IllustratorはAutoCAD 2004 Drawingsとして保存されたファイルでのみ正常に機能するため、ファイルをエクスポートするときは必ずこのオプションを選択してください。 （2番目の図を参照）
次にイラストレーターでファイルを開きます。ファイルをロードした後、まず図面全体を選択し、すべてのベクトルの幅を.001pt以下に変更する必要があります。 Epilogレーザードライバーは、切断ベクトルとして解釈される非常に細い線を必要とします。この手順を省略すると、レーザーカッターはベクトルをラスタライズ画像として扱い、画像をアクリルの表面にのみエッチングします。最後に画像をレーザーに印刷する前に、使用している素材に合わせて製造元から提供された指定のパラメーターにレーザーを設定する必要があります。これが終わったら、描画をレーザーカッターに送ってカットを始めましょう。
ステップ8：ギアボックスとパワートレインの組み立て
私はもう終わったという素朴な考えに興奮して、私はこのステップに飛び込んだ。私はその夜、長時間露光の写真を撮るつもりでした！ああ、でも現実はすぐに私を地球に倒しました。最初のアセンブリを完成させるために多くのバックトラッキングを伴う数時間のプロジェクトであることが判明しました。ギアボックスを組み立てるのは、3Dパズルを組み立てるのと同じです。既製のナットとワッシャでは、間隔が矛盾するため、プロジェクトのこの部分に関する直接的なガイドは実用的ではありません。代わりに、このパズルをうまく解決するのに役立つと思われた方法の概要を以下のリストにまとめました。
ギアボックスの組み立てに使用した部品には、次のものがあります。これらすべては、このチュートリアルのツールと材料のセクションと必要な数量にリストされています。
- 1/4 "-20ネジ小ネジ（2 1/2"）
- 3つのパネルを組み立てるための1/4 "-20キャリッジボルト（2 1/2"）
- 1/4 "-20六角ナット
- 3つのパネルを均等に配置する1/4 "x 1"ナイロンスペーサー
- 内径1/4 "、外径5/8"のワッシャー
- 内径1/4 "、外径1 1/4"のワッシャー
- 1/4 "IDボールベアリング
- 1/2 "-13スチールネジ棒（カメラ用回転プラットフォームを提供）
- 1/2 "-13六角ナット
- 1/2 "ID、1 1/2" ODワッシャー
- 1/2 "-13〜1/4" -20縮小カプラー（カメラマウントをスチールロッドに取り付けるため）
- 1/2 "IDボールベアリング
組み立て工程で体系的になる
私達のエンジニアは水を点検する前に直接プールに飛び込むというひどい習慣を持っています。部品の集まりから最終的に組み立てられた機械まで、どのように進めるかについて計画を立ててください。私は最初にギアとアクスルをパワートランスミッションシステムがマウントされているのと同じパネルに組み立てることから始めました。そこから、私は行ったときに3D CAD図面に特別な注意を払ってギアボックスのそれぞれの追加の層を作り上げました。
あなたのステップを遡る準備をしなさい
部品を組み立てる過程を経るにつれ、歯車の間隔を調整する必要があることがわかります。これには、調整を行うためにコンポーネントを少し分解する必要があります。あなたが行くようにすべてのナットを締めたいという欲求に巻き込まれないでください。これは後に戻ってこれらの調整を後で行うことをより困難にするだけです。
あなたの部品やツールをすべて整理して利用できるようにする
進捗状況を追跡するためには、進行中のプロセスに多大な焦点を合わせる必要があります。上で述べたように、あなたが行くにつれて小さな修正を加えるためにあなたのステップをたどる必要があるでしょう。もちろん、一旦あなたがあなたのステップを辿ったなら、あなたはあなたの進歩を続ける必要があるでしょう。あなたが従った組み立てプロセスの明確な精神的イメージがなければ、完成に向かって進むのは非常に難しいでしょう。すべての部品とツールを整理することで、作業中に物事を探すことに気を取られることはなくなり、一貫してアセンブリの完成に向かって前進します。
時間と空間を計画する
アセンブリの作業には十分なスペースと、中断のない時間が必要です。アセンブリに取り組むために少なくとも数時間を遮断しなさい。それでもプロジェクトを停止して再開する必要があるかもしれませんが、アセンブリプロセスを不連続な段階に分割するほど、プロセスは遅くなり効率が悪くなります。
ステップ9：モータコントローラのプログラミング
物理的な構築が完了したら、Arduino Unoボードとステッピングモーターコントローラーをステッピングモーターにプログラムして配線する必要があります。私がパワートレインに3：1の比率を使うことに決めたので、私はカメラのスピンドルで1日に1回転を達成するために3RPMで回転するようにステッピングモーターをプログラムしなければなりませんでした。
必要に応じて、回転速度を微調整するためのキャリブレーションノブを実装することも選択しました。 Arduinoのソースコードはとてもシンプルです。
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int val = 0。 //キャリブレーション用ポテンショメータノブの値を格納します
int trim_enable = 0; //校正スイッチのオン/オフ値を格納
void setup（）{
pinMode（8、OUTPUT）;
pinMode（9、OUTPUT）;
digitalWrite（8、HIGH）;
digitalWrite（9、LOW）;
}
void loop（）{
digitalWrite（9、HIGH）; //ステッパーコントローラーへのパルスを開始して別のステップを要求する
delayMicroseconds（6250 + val）。 //有効になっている場合は6.25ミリ秒+キャリブレーション値を待機
digitalWrite（9、LOW）; //ステッパーコントローラへのパルスを終了
delayMicroseconds（6250 + val）。 //有効になっている場合は6.25ミリ秒+キャリブレーション値を待機
trim_enable = analogRead（1）; //校正オン/オフスイッチを読み取ります
if（trim_enable> 10）//校正スイッチが有効になっている場合…
{
val = analogRead（0） - 512。 //ポテンショメータによって生成された値で遅延期間を調整します
}
それ以外の
{
val = 0; //デフォルトの12.5msの遅延期間を調整しない
}
}
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ステップ10：電子機器の配線
Arduinoのボードに加えて、私はEasy Driverと呼ばれる安価なステッピングモーターコントローラーを使いました。このデバイスの情報はhttp://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/index.htmlにあります。前のステップのソースコードは、このサイトで提供されているソースコードから派生したものです。
以下の図は、http：//www.schmalzhaus.com/EasyDriver/Examples/EasyDriverExamples.htmlの例のページを修正したものです。
ステッピングモーターの速度を調整するために使用されるポテンショメータとスイッチを追加しました。この設計では、ポテンショメータのワイパーからの電圧をアナログ入力として読み取り、デジタル値（0 - 1023）を校正オフセットとして使用します。この回路で使用されているスイッチは、ステッピングモーターの速度がこの値だけオフセットされるかどうかを決定します。
ステップ11：最終製品
電子機器を完成させた後、あなたは安定したプラットフォームにユニットを取り付けることによって造りを終える必要があるでしょう。私はツールと材料のセクションに記載されている直径20 "の合板サークルとピアノのヒンジを使いました。長時間露光すると、これが写真に表示される可能性があります。
また、少なくとも1つのレベルをベースに添付したいと思うでしょう。これにより、惑星の回転面に対してより正確なアラインメントを作成することができます。緑色のレーザーを使用している場合（写真のように）、レベルは必要ありません。レーザーを使用すると、角度を測定する必要なしにマウントを極星に向けることができます。
Pan and Tilt三脚ヘッドを取り付けるには、まず1/4 "小ネジのうちの1つの約1/2"を切り取る必要があります。今あなたが作ったスタッドを持っていって、同じく材料セクションに記載されている1/2 "-13から1/4" -20の減速カップリングナットにそれをねじ込みます。次にこれを1/2 "ネジ付きロッドにねじ込み、三脚ヘッドを最後にこのアダプタに取り付けます。
最後の（オプションの）ステップは、ジップタイを使用して緑色のレーザーを1/4インチのカップリングナットに取り付け、露出している小ネジの1つに固定して光学ガイドとして機能させることです。
下の図は、このプロジェクトに使用した材料に基づく最終製品を示しています。
ステップ12：結果：長時間露光天体写真
私は装置の私の最初のテストを終えたところで、私は最初の結果に非常に満足しています。緑色レーザーを使用して、システムをPolarisに非常に大まかに調整しました。私はそれからCanonと一緒にリモートライブビューソフトウェアを使って2つのテスト画像を並べて撮影しました。最初の図は、赤道儀を装着した状態で私のパティオから西の空を60秒間キャプチャしたものです。セカンドショットは同じ設定で赤道儀をオフにして設定しました。どちらの写真も、400 ISOの100M Lマクロで撮影したものです。 2つのショットの違いは非常に顕著です。
私は私の400mmレンズ+ 1.4x + 2.0xエクステンダでもう少し写真を撮ることができて非常に興奮しています！私がこのプロジェクトに取り組んできたすべての時間の後にこのプロジェクトがうまくいっているのを見るのは素晴らしい気分です。ここから先に進むことに興奮しています。
ステップ13：次は…
私はこのプロセスの間に多くのことを学びました、そして次に何をするべきかについていくつかの考えを持っています…
Arduino用GPSモジュールを使用した自動調整
カメラマウント用の角度と方位角のステッピングモーター制御
天体ファインダー
ムーントラッカー
改良された材料
小型デザイン
もっとたくさん……
新しく改良されたバージョン2をお楽しみに。
http://www.123dapp.com/stl-3D-Model/Equatorial-Mount-for-Astrophotography/667245
最優秀賞
それを本当の挑戦にしなさい
のファイナリスト
ロボットチャレンジ
