去年秋天（2011年）我充分利用了我受雇的梦幻政策。我和我的妻子花了很多时间在美丽的美国西南部和科罗拉多高原周围的许多令人敬畏的公园周围开车。在荒凉的风景中驾驶数百英里时，夜空的清晰度激发了我梦想一个可以旋转以适应行星极旋转的摄像机支架。任何使用静态三脚架拍摄的长星照片都会产生星迹 - 这很酷 - 但却阻止了天文摄影师捕捉到夜空中微弱的细节。我计算了我头脑中的齿轮比（隔离了几个小时），而我的妻子睡在我旁边的乘客座位上，并开始想出构建这个工具的其他机械要求。从我的休假回来后，在新的一年过去后，我开始在圣何塞TechShop花时间，在那里我发现了所有令人敬畏的工具，可以带来像我一样的沉思，进入现实世界。随着他们为许多其他难以访问的工具提供访问权限，我决定在TechShop（www.techShop.ws。）上进行访问。激光切割机和亚克力板是我选择使这个梦想成真的媒体和方法。我还使用了Autodesk Inventor，我学会了在TechShop中使用它来创建机械系统和图纸，这些图形将驱动激光切割丙烯酸，具有令人着迷的精度和准确度。该instructable描述了我为创建这个赤道仪而定义的过程和步骤。
供应：
第1步：获得灵感
休息一段时间，去某个地方。花很多时间在偏远和陌生的地方开车。去探索世界。如果没有工作的干扰，你的思维如何徘徊和梦想的想法是惊人的。我在我们的纪念碑谷之旅中拍摄了一张我最喜欢的照片，使用了长时间曝光拍摄的汽车尾灯创造了小径。第二张照片是一个例子，说明当拍摄短星（30秒）“长时间曝光”的星星照片时，地球的旋转会如何产生痕迹。这是在佳能T1i上以50mm的F1.8拍摄的。您不必过于仔细地观察星迹。您还可以在图像上隐约看到银河系。
第2步：工具和材料
您将需要以下工具和材料来完成此项目。所有这些工具都可以在TechShop上找到，这是我选择做很多工作的地方。
工具：
Arduino SDK
Autodesk Inventor（或等效的CAD工具）
Microsoft Excel（或等效的电子表格软件）
Epilog 60W激光切割机
数字卡尺
Hack Saw
螺丝刀
活动扳手
材料：
3/16“或1/4”亚克力板（任何颜色，但我使用清晰）
1/4“内径球轴承（12）
1/4“x 3”机械螺丝
1/2“内径球轴承（2）
1/2“螺纹钢棒
1/4“x 3 1/2”支架螺栓（6）
1/4“x 1”尼龙垫片（12）
1/4“内径，垫圈（~20）
1/4“内径，1 1/4”外径垫圈（~15）
1/4“坚果（~30）
不锈钢钢琴铰链
方形角度可调节臂
水平
平移和倾斜三脚架头
控制和电子：
12V步进电机
步进电机控制器
Arduino UNO董事会
12V直流电源
5mW IIIA级绿光激光器（可选）
第3步：设计齿轮
为了设计齿轮，您必须计算将电机转换为1RPD（每天一转）所需的齿轮比。您的相机将安装到以此速度旋转的主轴上。这是我花费大量时间驾驶和思考设计的地方。我的最终决定是使用1RPM电机，需要转换为1：1440（1 RPM * 60m / h * 24h / d => 1440.）这个数字很好用，因为你可以使用它的整数因子来创建一个集合链接齿轮。我使用的因素是3,4,4,5,6，因此齿轮的齿轮比为3：1,4：1,4：1,5：1和6：1。您还可以使用其他因素，任何1440因子的有理数都可以使用。如果选择不同的速度电机，则必须按照类似的练习确定合适的齿轮组。
现在已经确定了齿轮参数，我们需要使用AudoDesk Inventor（2012）或等效的CAD解决方案来设计它们。 Inventor非常适合这个项目，因为它有一个内置的正齿轮发电机，可以接收你的参数并计算和渲染最终的齿轮设计。但是，该工具不会将所有齿轮组装成齿轮箱 - 我们将为下一步保存。
您可以通过在Inventor中打开新装配来创建齿轮。在菜单上的“设计”选项卡下，您将看到一组机械组件，分组为“动力传输”。其中一个项目是设计正齿轮。单击此项将显示“正齿轮组件生成器”对话框。 （见第一个插图。）
由于我们正在通过齿轮降低旋转速度，并且仅使用零件的轮廓来引导激光切割机，因此我们无需过多担心此框中的细节。我将所有参数保留为默认值，只更改了“所需齿轮比”文本框中的值。对于第一组齿轮，您应将此值设置为3并单击“计算”。 （参见第二个图示。）这将为对话框下半部分中的“Gear 1”和“Gear 2”组生成值。确保齿轮1和齿轮2都配置为“组件”，当您单击“确定”时，系统将提示您保存文件。保存齿轮后，它们会神奇地出现在工作区域。 （请参阅第三个插图。）然后，您可以将组件放在任何您喜欢的位置。对您选择的所有正齿轮（在这种情况下为3：1,4：1,4：1,5：1,6：1）重复此过程并将它们放置在工作区中。
最后一步是将齿轮挤压件编辑为与丙烯酸材料的厚度相等。在我的情况下，这是3/16“。
第4步：链接齿轮
此过程需要几个步骤。第一种是在每个齿轮的中心放置相同尺寸的孔。接下来，将每个齿轮的旋转轴线约束到将在同一轴上的任何其他齿轮的旋转轴线。最后，您应该使用偏移量约束链接齿轮组的面。
在每个齿轮的中心放置一个孔，打开其中一个齿轮组件，并在齿轮的表面上创建一个新的草图。从“绘图”组中选择“点”，并在齿轮的中心放置一个点。完成草图并从“修改”组中选择“孔”工具。选择您创建的点，并将圆的直径定义为等于您将使用的钢棒的直径（在我的情况下为1/4“。）孔的类型应为钻孔的简单孔。重复此过程对于您设计中的所有剩余齿轮。（见第一个插图）
你的齿轮现在已经完成了。现在，您可以通过创建和约束其旋转轴来开始将所有齿轮组链接在一起。首先在“工作特征”组中选择“轴”工具。选择您创建的孔以制作轴。 对要链接到此链接的其他齿轮重复此操作。创建匹配的轴集后，可以单击“位置”组中的“约束”项。通过单击它们来约束您创建的两个轴并应用约束。继续为剩下的洞做这个。齿轮组可以以任何顺序链接。我选择从最大的齿轮开始，逐步将下一个最小的齿轮连接起来，直到所有齿轮都连接起来。您必须将大齿轮的旋转轴约束到与其连接的组的小齿轮的旋转轴。 （见第二个插图。）
一旦所有齿轮的轴连接起来，您必须用偏移量约束每个链接对的面。这将安排它们，使它们相互偏移并自由旋转。 （见第三图。）
你现在有一套正确连接的正齿轮，我们可以开始构造一个齿轮箱来容纳它们。 （见第四图。）
第5步：设计齿轮箱
在这一步中，您需要创建三个单独的面板，用于容纳每个轴将旋转的滚珠轴承。在开始之前，您需要将齿轮安排到最终配置中。安排齿轮时，必须确保尽可能防止它们妨碍任何其他轴。我不得不添加第二组齿轮，比例为1：1，以便铝轴穿过整个齿轮箱。 （见第一个插图。）
一旦您的齿轮处于最终位置，就会创建一个偏离其中一个齿轮表面的新工作平面。这将是您将在其上创建齿轮箱外壳形状的表面。您可以简单地在所有齿轮周围绘制一个矩形，或者为了更高效和优雅的设计，您可以在齿轮周围创建轮廓。这是我使用的过程。
在您创建的曲面上创建一个新草图，然后选择“Project Geometry”。单击齿轮的每个孔，将此形状投影到工作表面上。 （见第二个插图。）
将齿轮中的孔投影到工作平面上后，可以创建以每个圆的中间为中心的圆。 （见第三图。）
现在用切线连接圆圈。 （见第四图。）
现在使用“修改”组中的“修剪”工具，并选择存在于您创建的形状轮廓内的所有线段。 （见第五图。）
构建面板轮廓的最后一步是在底部创建一个直线段，我们将钢琴铰链连接到该直线段，以旋转旋转平面以与行星极旋转对齐。要执行此操作，请旋转图形，直到形状与您的首选项对齐。执行此操作后，创建一个矩形，使其与面板周边的最远点对齐。 （见第六个插图。）
创建面板轮廓的最后一步是修剪剩余的内部线条。 （见第七图。）
定义轮廓后，您需要修改投影孔图案以匹配您正在使用的滚珠轴承的外径。在我的情况下，我使用外径为1.125“和.75”的滚珠轴承。 （见第八图。）
您现在应该挤出此形状以创建齿轮箱的第一个面板。将其挤压到您正在使用的丙烯酸板的宽度，在我的情况下为3/16“。
创建第一个面板后，必须为前面板和后面板复制此设计。在本部分的最后一个图示中，您可以看到面板如何与齿轮以及连接齿轮的轴对齐。
第6步：设计动力传动
物理设计的最后一步涉及为步进电机创建正时皮带轮和线束。 Autodesk Inventor为此提供了一个非常好的向导，就像齿轮一样。
在“设计”选项卡下，在“动力传输”组中，选择“同步皮带”项。 （见第一个插图。）
您需要在实体物体顶部构建定时滑轮。我使用1：3的比率将步进电机的功率传输到齿轮箱。您需要根据您选择的值修改每个齿轮的齿数。 （见第二个插图。）
现在您已经设计了动力传动装置，您必须将其放在齿轮箱上。将较大正时皮带轮的中心点连接到齿轮箱中最后一个齿轮的轴上。旋转动力传动装置，直至其位于齿轮箱外侧的良好位置。 （见第三图。）
此过程的最后一步是为步进电机创建安装功能，使其与动力传动系对齐。使用较小的主同步带轮的中心将步进电机的中心放在前面板上。然后使用此点创建安装电机所需的功能。 （见第四个插图。）
第7步：激光乐趣：切割组件
完成齿轮和齿轮箱的设计后，必须将文件转换为可使用CNC激光切割的矢量图。首先创建一个新图纸并删除周边和作者图纸。将图纸的大小更改为等于丙烯酸板的大小。将齿轮粘贴到一个文件中。 （见第一个插图。）
使用相同的方法创建其他图纸，然后导入为齿轮箱创建的面板。
您应该将这些文件导出为与您计划用于剪切文件的任何矢量绘图软件兼容的格式。我选择使用Adobe Illustrator执行此步骤，因此将文件导出为AutoCAD DWG文件。出于某种原因，最新版本的Adobe Illustrator仅适用于保存为AutoCAD 2004图形的文件，因此请确保在导出文件时选择此选项。 （见第二个插图。）
接下来在Illustrator中打开文件。 （请参阅第三个插图。）加载文件后，必须先选择整个图形，然后将所有矢量的宽度更改为.001pt或更小。 Epilog激光驱动器需要非常精细的线条来解释为切割矢量。如果跳过此步骤，激光切割机会将矢量视为光栅化图像，并仅将图像蚀刻到丙烯酸树脂表面。最后，在将图像打印到激光之前，必须将激光配置为制造商为您使用的材料提供的指定参数。完成后，将图纸发送到激光切割机并开始切割！
步骤8：组装齿轮箱和动力传动系
我天真地相信自己已经快完成了，我很自信地投身于这一步。在我的脑海里，那天晚上我将拍摄长曝光照片！啊，但现实很快就让我回到了地球。事实证明这是一个多小时的项目，有很多反向跟踪来完成第一次组装。组装齿轮箱就像组装3D拼图一样。对于现成的螺母和垫圈，间距将不一致，因此对该项目的这一部分的直接指导是不切实际的。相反，我提供了一个列表，列出了我在成功解决这个难题时发现有用的方法。
我用来组装齿轮箱的零件包括以下项目。所有这些都列在本教程的工具和材料部分以及所需数量中。
- 1/4“-20螺纹机用螺钉（2 1/2”）
- 1/4“-20托架螺栓（2 1/2”）组装三个面板
- 1/4“-20六角螺母
- 1/4“x 1”尼龙垫片，使三个面板均匀分布
- 1/4“内径（内径），5/8”外径（外径）垫圈
- 1/4“内径，1 1/4”外径垫圈
- 1/4“ID滚珠轴承
- 1/2“-13钢螺纹杆（为摄像机提供旋转平台）
- 1/2“-13六角螺母
- 1/2“内径，1 1/2”外径垫圈
- 1/2“-13至1/4”-20减少耦合器（将摄像机支架安装到钢杆上）
- 1/2“内径滚珠轴承
在装配过程中要系统化
我们的工程师有一个可怕的习惯，就是在检查水之前直接跳进游泳池。制定计划，规划如何从一系列零件到最终组装的机器。我首先将齿轮和车轴组装到安装动力传动系统的同一面板上。从那里开始，我建立了齿轮箱的每一层，特别注意3D CAD绘图。
准备回溯你的步骤
当您完成组装零件的过程时，您会发现需要调整齿轮的间距。这将需要对组件进行一些拆卸以进行调整。当你走的时候，不要陷入想要收紧每一个坚果的愿望。这样只会让以后再回过头来进行调整变得更加困难。
让您的所有零件和工具井井有序
为了跟踪进度，您需要在进行过程中集中精力处理流程。如上所述，有必要回溯您的步骤，以便进行微小的修改。当然，一旦你回溯你的步骤，你将需要继续你的进步。如果没有你所遵循的装配过程的清晰心理形象，将很难完成。通过组织所有零件和工具，您不会因为去寻找事情而分散注意力，并将不断推进完成组装。
计划空间和时间
您将需要足够的空间来进行装配以及一些不间断的工作时间。阻止至少几个小时的时间来组装。您可能仍需要停止并恢复项目，但是将组装过程分离到不连续阶段的过程越多，过程就会越慢且效率越低。
第9步：对电机控制器进行编程
物理结构完成后，您需要将Arduino Uno板和步进电机控制器编程并连接到步进电机。由于我决定使用3：1比例的动力传动系，我必须将步进电机编程为3RPM旋转，以便在摄像机主轴上每天旋转一圈。
我还选择实施校准旋钮，以便在必要时对旋转速度进行微调。 Arduino的源代码非常简单：
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int val = 0; //存储电位器旋钮的值以进行校准
int trim_enable = 0; //存储校准开关的开/关值
void setup（）{
pinMode（8，OUTPUT）;
pinMode（9，OUTPUT）;
digitalWrite（8，HIGH）;
digitalWrite（9，LOW）;
}
void loop（）{
digitalWrite（9，HIGH）; //向步进控制器启动脉冲，请求另一步
delayMicroseconds（6250 + val）; //如果启用，则等待6.25毫秒+校准值
digitalWrite（9，LOW）; //完成步进控制器的脉冲
delayMicroseconds（6250 + val）; //如果启用，则等待6.25毫秒+校准值
trim_enable = analogRead（1）; //读取校准开/关开关
if（trim_enable> 10）//如果启用了校准开关……
{
val = analogRead（0） - 512; //根据电位计生成的值调整延迟时间
}
其他
{
val = 0; //不要调整12.5ms的默认延迟时间
}
}
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第10步：连接电子产品
除了Arduino板，我还使用了一种名为Easy Driver的廉价步进电机控制器。有关此设备的信息，请访问http://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/index.html。上一步的源代码源自此站点提供的源代码。
下图是对示例页面的修改，网址为http://www.schmalzhaus.com/EasyDriver/Examples/EasyDriverExamples.html
我添加了电位计和开关，用于校准步进电机的速度。该设计将电位器抽头的电压作为模拟输入读取，并将数字值（0 - 1023）作为校准偏移。此电路中使用的开关确定步进电机速度是否会被该值偏移。
第11步：最终产品
完成电子设备后，您需要通过将设备安装到稳定的平台来完成构建。我使用了20英寸直径的胶合板圈和工具和材料部分列出的钢琴铰链。使用大型稳定平台来减少运动和振动非常重要。如果你的平台不稳定，你的座位将更容易移动长时间曝光，这可能会显示在你的照片中。
您还需要将至少一个级别附加到基础。这将允许您创建更精确的行星旋转平面对齐。如果您使用的是绿色激光（如图所示），则不需要水平。激光器允许您将支架指向极星，而无需测量角度。
要连接Pan和Tilt三脚架头，首先需要切掉1/2“的1/4”机器螺钉中的一个。现在拿出刚刚制作的螺柱并将其拧入材料部分中列出的1/2“-13至1/4”-20减径联轴器螺母中。然后将其拧到1/2“螺纹杆上，最后将三脚架头连接到该适配器上。
最后（可选）步骤是使用拉链将绿色激光器连接到1/4英寸的连接螺母，并将其拧到一个暴露的机器螺钉上以充当光导。
下图显示了基于我用于此项目的材料的最终产品。
第12步：结果：长时间曝光天文摄影
我刚刚完成了对设备的第一次测试，我对最初的结果非常满意。我使用绿色激光对Polaris进行了非常粗略的校准。然后我使用我的佳能远程实时取景软件排队并拍摄两张测试图像。第一个插图展示了从我的露台拍摄西部天空60秒，赤道坐骑。第二个镜头配置相同的设置，但赤道仪安装关闭。两张照片都是在400 ISO下用100MM L微距拍摄的。两枪之间的差异非常明显！
我很高兴能用我的400mm镜头+ 1.4x + 2.0x扩展器拍摄更多照片！看到这个项目在我投入之后的所有时间都在工作，我很高兴能够从这里开始前进。
第13步：下一步是什么……？
我在这个过程中学到了很多东西，并且有一些想法，下一步该怎么做……
使用GPS模块为Arduino自动对齐
步进电机控制摄像机安装的角度和方位角
天体探测器
月亮跟踪器
改进材料
较小的设计
还有很多….
请继续关注新的和改进的第二版。
http://www.123dapp.com/stl-3D-Model/Equatorial-Mount-for-Astrophotography/667245
一等奖
让它成为真正的挑战
入围决赛
机器人挑战
