कस्टम harmonic wave gear और ESP32 का उपयोग करके astronomical telescope mount बनाने की कहानी

• लेखक ने harmonic wave gear (harmonic drive) और ESP32 microcontroller का उपयोग करके एक कस्टम telescope mount बनाया
• मौजूदा commercial tracking mount बहुत महंगे थे, इसलिए DIY के रूप में खुद design और build करने का फैसला किया
• PCB design और fabrication process, FreeCAD 3D modeling, component selection आदि सहित पूरी design process को विस्तार से समझाया गया है
• कुल निर्माण लागत लगभग 1,700 euro रही, और एक यूनिट के हिसाब से commercial products के मुकाबले competitive लागत हासिल हुई
• खुद बनाए गए mount को OnStepX firmware के साथ integrate करके वास्तविक astrophotography performance और सुधार के अनुभव साझा किए गए

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एक नई शुरुआत

कुछ साल पहले, लेखक एक YouTube astrophotography channel से प्रेरित होकर astrophotography में रुचि लेने लगे। उन्होंने tripod पर कम exposure time के साथ सैकड़ों तस्वीरें लेकर Siril software से उन्हें stack करके Orion Nebula की तस्वीर लेने की कोशिश की। लेकिन जल्द ही tracking device की ज़रूरत महसूस हुई। Move Shoot Move tracker खरीदने के बाद भी target object ढूंढने, polar alignment करने और संतोषजनक नतीजे पाने में कठिनाई हुई, जिससे वे अधिक गंभीर telescope mount बनाने की दिशा में रुचि लेने लगे।

PCB निर्माण अनुभव का विस्तार

2024 में, उन्होंने संयोग से custom PCB design से जुड़े YouTube वीडियो देखे और पुराने ढीले-ढाले breadboard setup की जगह साफ-सुथरे और किफायती fabricated PCB इस्तेमाल करना सीखा। अपने पहले प्रोजेक्ट के रूप में उन्होंने ESP32, e-paper display और BME680 sensor का उपयोग करके एक smart thermostat बनाया। इसी अनुभव के आधार पर उन्होंने telescope mount में भी PCB design और fabrication तकनीक को सीधे लागू करने का निर्णय लिया।

गंभीर शोध और community resources का उपयोग

डिजाइन की मूल दिशा harmonic drive अपनाने पर केंद्रित थी। AliExpress और विभिन्न DIY communities (HEMY, HrEM, DHEM, DIY EQ Mount V2 आदि) के open source resources को देखते हुए उन्होंने component selection और mechanical structure पर काफी समय लगाया। Stepper/servo motor, FOC control, SimpleFOC जैसी विभिन्न open source implementations और community जानकारियों का भी अध्ययन किया।

डिजाइन निर्णय और संरचना

• RA axis (equatorial axis): 42AIM15 servo motor + Type 17 harmonic drive (100:1 reduction)
• DEC axis: MKS Servo042D stepper + Type 14 harmonic drive (100:1 reduction)
• Mount और housing: Arca Swiss plate अपनाई गई, Move Shoot Move wedge के साथ compatible
• Operating modes: GEM (equatorial) या ALTAZ (alt-az)
• Microcontroller: ESP32-S3
• Power: USB-C PD up to 24V/4A
• Motor control: step/dir/en, ULN2003 + MODBUS, CANBUS
• Expandability: बचे हुए GPIO pins को बाहर expose किया गया

हर motor के microstep और servo-control गुणों का उपयोग करके डिजाइन को सरल बनाया गया और tracking precision बढ़ाई गई। CANBUS के जरिए microstep को dynamically बदलकर high-speed slew और precise tracking के बीच संतुलन हासिल किया गया।

PCB design और समस्याओं पर काबू

• KiCad में semi-circular PCB design की गई, ताकि वह case में बिल्कुल फिट बैठे
• ESP32-S3 बिना antenna वाले module का उपयोग करके placement flexibility हासिल की गई और USB-C power input circuit (up to 24V) अपनाया गया
• PicoPD open source circuit और AP33772 IC का उपयोग किया गया। JST PH series connector चुनकर compact और high-capacity connection हासिल किया गया
• शुरुआती IC replacement process के दौरान I2C wiring mistake और malfunction का अनुभव हुआ, लेकिन दूसरे version में verification और कई test points जोड़कर समस्या हल की गई

OnStepX firmware integration

Open source OnStepX firmware लागू करके telescope control और WiFi communication support जोड़ा गया। शुरुआती slew operation (तेज़ position move) के दौरान ESP32 overload होने से stability issues आए, लेकिन slew speed कम करके और WiFi client mode में बदलकर समस्या सुलझाई गई। OnStepX के अनुरूप pin layout file और dynamic microstep control code जोड़कर लगभग बिना अतिरिक्त बदलाव के integration सफल रहा।

निर्माण और assembly process

PCB fabrication और CNC metal machining दोनों JLCPCB पर कराए गए। 3D print test पहले किए बिना केवल CAD drawings के आधार पर CNC order देना एक साहसिक फैसला था, और इससे parts की precision संतोषजनक मिली। हालांकि equatorial axis cap के design में गलती हुई, जिसे spacer से आसानी से ठीक कर लिया गया। सभी parts को M3/M4 tap machining और screw assembly से जोड़ा जा सकता था। हाथ से tap machining करके manufacturing cost भी कम की गई।

वास्तविक उपयोग का अनुभव

कई polar alignment, setup, और software (INDI, KStars, Ekos, PHD2) configuration की trial-and-error प्रक्रिया से लेखक ने व्यावहारिक अनुभव जुटाया। शुरुआती उपयोग में कई छोटी-बड़ी समस्याओं के कारण imaging अक्सर असफल हुई, लेकिन stabilization process के बाद 1–2 arcsecond precision तक हासिल की गई — 600mm lens के साथ 30-second exposure के लिए यह पर्याप्त रहा। Image stacking के लिए Siril इस्तेमाल किया गया, और multi-night stacking जैसे अतिरिक्त लक्ष्य भी आगे बढ़ाए जा रहे हैं।

निर्माण लागत और आर्थिकता

कुल लागत लगभग 1,700 euro रही (= tools, hardware, और preliminary research parts सहित)। एक यूनिट लागत के हिसाब से यह लगभग 800 euro बैठती है। Commercial GOTO mounts (1,200–4,000 euro) की तुलना में इसकी आर्थिकता बेहतर निकली, हालांकि लेखक के लिए खुद बनाना उससे भी अधिक महत्वपूर्ण अनुभव रहा।

प्रमुख items की अनुमानित लागत

• Harmonic drives (2): 144 euro
• MKS और servo motors (2 each): 73–216 euro
• CNC parts: 215 euro
• PCB, connectors, screws, tools आदि अन्य items

निष्कर्ष और अनुभव

लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि खुद बनाने का अनुभव, समस्याओं को हल करने की प्रक्रिया, और design-fabrication-verification के पूरे cycle से मिलने वाली उपलब्धि commercial product खरीदने से कहीं अधिक सार्थक है। Version 1 PCB की असफलता से उन्होंने सावधानीपूर्वक verification का महत्व सीखा। FreeCAD, KiCad, open source के उपयोग, और hardware development की पूरी प्रक्रिया से कई महत्वपूर्ण सबक मिले। OnStepX firmware और community resources की बदौलत यह साबित हुआ कि DIY telescope mount आम लोगों के लिए भी संभव प्रोजेक्ट है।

सितारों को track करने वाला अपना mount खुद बनाना और उसे पूरी तरह समझना — यही उपलब्धि वास्तव में सबसे मूल्यवान है।