Ngàm kính thiên văn xích đạo Harmonic Drive in 3D

Giới thiệu

Chào mọi người! Mình là Zach, trong vài tháng qua mình đã nghiên cứu và chế tạo một chiếc ngàm xích đạo (equatorial mount) sử dụng bộ truyền động sóng (harmonic drive) có thể in 3D, giúp theo dõi bầu trời chính xác để chụp ảnh thiên văn. Sau vài lần cải tiến, mình đã có những đêm tác nghiệp thành công dưới bầu trời sao. Hướng dẫn này sẽ giúp các bạn tự làm một chiếc ngàm với hiệu suất không kém gì các thiết bị thương mại đắt tiền gấp 3 lần. Để các bạn tham khảo, mình đã đạt hiệu suất dẫn hướng (guiding) khoảng 0.6" RMS với tải trọng 7kg. Chi phí vật liệu khoảng $300, nhưng sẽ thay đổi tùy thuộc vào linh kiện bạn đã có sẵn. Nếu mua mới hoàn toàn thì rơi vào khoảng $400. Mức giá này chưa bao gồm chân máy (tripod), nêm xích đạo (equatorial wedge), hoặc thiết bị điều khiển như miniPC hay ASIAIR.

Đây là hình ảnh chụp "first light" từ chiếc ngàm này! Phơi sáng 4 tiếng trên tinh vân Heart and Soul bằng ống kính Rokinon 135mm với ASI294mm Pro. Sao vẫn rất tròn, sắc nét.

Khi tìm hiểu về ngàm kính thiên văn, mình rất thích thiết kế CNC của Astrophilos. Tuy nhiên, gia công CNC không dễ tiếp cận với đa số người chơi, nên mình đã quyết định tạo ra một phiên bản in 3D hoàn toàn với cách tiếp cận cơ khí của riêng mình. Nếu bạn muốn xem dự án truyền cảm hứng cho mình, hãy xem tại đây:

Thiết kế CNC gốc của Astrophilos: https://tinyurl.com/33nwdryu

Cảnh báo nhẹ: Đây không phải là dự án làm xong trong cuối tuần. Bạn sẽ cần kiên nhẫn xử lý các sự cố, nhưng nếu mình làm được thì mình tin chắc bạn cũng làm được! Bắt tay vào làm thôi nào.

P.S. Các thiết kế này hoàn toàn miễn phí! Tuy nhiên, quá trình thiết kế tốn rất nhiều thời gian và chi phí vật liệu, nếu bạn yêu thích thiết kế này và muốn ủng hộ mình một chút, mình rất trân trọng sự hỗ trợ của các bạn! https://buymeacoffee.com/zachsnow

P.P.S. Nếu bạn chưa rõ cách lắp ráp, hãy xem dự án Onshape này. Bạn có thể xem hoặc copy để kiểm tra mọi chi tiết. Tài khoản Onshape miễn phí, bạn cũng có thể dùng nó để chỉnh sửa vị trí lỗ bắt vít nếu dùng loại harmonic drive khác. https://cad.onshape.com/documents/2de2fb051a714e058f64595f/w/df6a35b163715e407189e8d9/e/983432291db10df55c6b0fc7?renderMode=0&uiState=699f682de8d31e0cf29f9484

Hướng dẫn lắp ráp Ngàm Kính Thiên Văn Harmonic Drive in 3D

Linh kiện cần thiết

Linh kiện chuyển động

• 2x ZXS17 Harmonic Drive (60 arc sec, tỉ lệ 100:1 cho motor NEMA17) - Link AliExpress: https://www.aliexpress.us/item/3256806003797473.html

Lưu ý: Bạn có thể mua loại ZXS14, nhưng sẽ cần vòng bi lỗ trong 8mm và thay đổi khung bắt vòng bi, cùng pulley 60 răng khác. Bạn cũng cần thay M5x60mm bằng 2x M8x60mm cho khung chassis.

• 2x Motor bước NEMA17 - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0B8HB5N4S

• 2x Chốt định vị M5x60mm (4 nếu làm cả yên kẹp dual Vixen/Losmandy) - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0F5HCG3TH

Hệ thống truyền động đai

• 2x Pulley 2GT 16T (lỗ 5mm) - Link AliExpress: https://www.aliexpress.com/item/3256808690745852.html

• 2x Pulley 2GT 60T (lỗ 5mm hoặc 8mm tùy loại harmonic drive) - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0BLV7ZHWJ

• 2x Đai thời gian 2GT 158mm × 6mm - Link AliExpress: https://www.aliexpress.us/item/3256806230785397.html

• 2x Vòng bi 5x11x4 - Link AliExpress: https://www.aliexpress.com/item/3256805799872664.html

Linh kiện điện tử

• 1x Bo mạch điều khiển FYSETC E4 - Link AliExpress: https://www.aliexpress.com/item/3256805350436493.html

• 1x Jack cắm nguồn DC - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0CR8TH2X2

• 1x Dây jumper (chỉ cần một dây cái-cái) - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B01EV70C78

Ốc vít và phần cứng

• Bộ ốc vít, long đền M3, M4, M5 - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0CBMMPPKF

• Đai ốc nhiệt (Heat Set Inserts) M3 - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0D5V3TZLB

• Bulông M3 dài (cho motor bước) - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0CHMHYCFV

• Ren cấy (Threaded Insert) (cho thanh tạ cân) - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0CHM6B1J7

• Bulông M5 x 35mm (cho yên kẹp dual Vixen/Losmandy) - Tìm ở tiệm cơ khí địa phương.

• Lò xo nén (cho yên kẹp dual Vixen/Losmandy) - Tùy chọn - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0BVTDP29W

Vật liệu in

• 2kg nhựa PET-CF - Link Amazon: https://www.amazon.com/dp/B0F1CYXVSN

Linh kiện in 3D yêu cầu

Tất cả các chi tiết nên in với infill 100% bằng sợi nhựa đã sấy khô.

Chi tiết khung chính

• 2x Giá đỡ motor NEMA17
• 2x Giá đỡ pulley
• 1x Khung chassis chính (tùy theo cỡ ZXS17 hay ZXS14)
• 1x Nắp che chassis (có thể chọn loại kín hoặc loại có khung để gắn tấm nhựa nhìn xuyên thấu)
• 1x Nắp cổng điện tử (tùy chỉnh theo bo mạch FYSETC E4)

Phụ kiện gắn

• 1x Thanh Vixen, 2x Ốc vặn tay M5
• Các chi tiết yên kẹp Vixen/Losmandy (tùy loại bạn chọn)

Hướng dẫn in

• Quan trọng: Làm theo các chỉ dẫn này để đảm bảo độ bền chi tiết.
• Tất cả in 100% infill. Bạn sẽ cần gần 2kg nhựa cho toàn bộ dự án.
• Giá đỡ pulley và NEMA in "ngược". Không cần support.
• Nắp che chassis in "thẳng đứng", dùng 5mm brim và support cây (tree support).
• Khung chassis in "nằm ngang". Dùng tree support tự động cho các phần overhang.
• Thanh Vixen in mặt phẳng lớn xuống dưới. Không cần support.

Hướng dẫn lắp ráp

1. Kiểm tra linh kiện in.
2. Lắp đai ốc nhiệt (heat set inserts) M3 vào các vị trí yêu cầu.
3. Lắp harmonic drive: Gắn chốt M5x60mm, đặt gioăng cao su, bắt cố định bằng ốc M4x20.
4. Lắp hệ thống pulley: Bắt pulley 60T vào chốt, chừa khe hở 0.5mm.
5. Lắp motor: Cố định motor vào khung, căng đai bằng cách đẩy nhẹ motor trước khi xiết ốc.
6. Lắp điện tử: Gắn bo FYSETC E4 vào nắp, nối dây theo sơ đồ (có thể cần đổi vị trí dây motor nếu motor kêu mà không quay).
7. Lắp yên kẹp (Vixen/Losmandy): Sử dụng lò xo và chốt để đảm bảo cơ chế kẹp hoạt động tốt.

Cấu hình điện tử

Chúc mừng! Bạn đã hoàn thành phần cứng. Để điều khiển, hãy cài đặt Onstep cho bo mạch E4. Xem hướng dẫn tại: https://onstep.groups.io/g/main/wiki/32747

Nếu motor chỉ kêu mà không quay, hãy đổi vị trí hai dây giữa của cáp motor. Video hướng dẫn: https://tinyurl.com/5b7v5mrx

Để tính thông số "steps per degree": (Tỉ số truyền tổng) x (Steps trên mỗi độ của motor) x (Microsteps) Ví dụ của mình: (375) x (1 / 0.9) x (32) = 13333.333

Khắc phục sự cố

Nếu gặp vấn đề, hãy liên hệ mình qua email: [email protected]!