פרפר ביוני — ביומימטיקה ומנגנון ארכובה

מה נלמד כאן

• ביומימטיקה
• גלגלי שיניים ומנגנון ארכובה
• להרכיב פרפר ולתכנת אותו

ללמוד מהטבע

פרפר לא רק יפה — הוא יעיל אנרגטית באופן מדהים.

פרק 4 מתחיל כאן — פרויקטים עם הרכבה מכנית אמיתית.

הידע שצריך

1. ביומימטיקה

חקר המבנה והתנועה של יצורים חיים, ויישום העקרונות בהנדסה.

2. המנגנון

תמסורת גלגלי שיניים

מעבירה תנועה סיבובית, ותוך כדי משנה מהירות, כיוון או מומנט.

מנגנון ארכובה-מוט

הופך תנועה סיבובית לנדנוד:

• ארכובה (AB) — מסתובבת עם המנוע
• מוט מחבר (BC) — נע קדימה ואחורה
• מוט מונע (CD) — מבצע את הנדנוד

המנוע מסתובב → גלגלי השיניים מאטים → הארכובה הופכת לנדנוד → הכנפיים מתנופפות.

המנוע יודע רק דבר אחד — להסתובב. כל השאר הוא מכניקה. לפעמים הפתרון לא בקוד ולא באלקטרוניקה, אלא בצורה של החלקים.

ההרכבה

בלי ערכת הבנייה — דלגו לקוד. הפרויקט יעבוד עם מנוע רגיל.

שלבי ההרכבה:

הניסוי

המטרה: מתחת ל-20 ס"מ הכנפיים מתנופפות. מעל — נעצרות.

רשימת רכיבים

הקוד

from machine import Pin, time_pulse_us, PWM
import time

trig = Pin(5, Pin.OUT)
echo = Pin(16, Pin.IN)

pwm1A = PWM(Pin(17))
pwm1B = PWM(Pin(18))
pwm1A.freq(2000)
pwm1B.freq(2000)

thresholdDistance = 20.0

def getDistance():
    trig.value(0); time.sleep_us(2)
    trig.value(1); time.sleep_us(10)
    trig.value(0)

    duration = time_pulse_us(echo, 1, 26000)
    if duration < 0:
        return -1                      # אין הד
    return (duration * 0.034) / 2

while True:
    distance = getDistance()
    print("Distance:", distance, "cm")

    if distance != -1 and distance < thresholdDistance:
        pwm1B.duty(1023)               # מתנופף
        pwm1A.duty(0)
    elif distance != -1:
        pwm1B.duty(0)                  # עוצר
        pwm1A.duty(0)

    time.sleep(0.1)

שתי נקודות בקוד

1. פסק זמן ב-time_pulse_us — הפרמטר 26000 מונע מהתוכנית להיתקע כשאין הד.

2. הערך -1 — הפונקציה מחזירה ערך שגיאה ייעודי, והלולאה בודקת אותו (distance != -1). ככה לא מבלבלים "אין תשובה" עם "מרחק קטן".

freq(2000) ולא 1000 — למנוע קטן ומהיר כמו זה של הפרפר, תדר מיתוג גבוה יותר נותן תנועה חלקה יותר.

נסו בעצמכם

• שנו את הסף ל-40 ס"מ.
• הוסיפו מהירויות שונות: ככל שקרובים, הכנפיים מהירות יותר.
• הסירו את פסק הזמן וכוונו לחלל פתוח. מה קורה?
• שלבו עם שיעור 6: מתנופף רק כשיש גם תנועה וגם אור.
• צפו במנגנון: כמה נדנודים לכל סיבוב מנוע?