Slikar za zavijanje mehurčkov: 8 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

V okviru našega magistrskega tečaja "Mehatronika 1 - MECA -Y403" na ULB smo bili naprošeni, da oblikujemo robota, ki opravlja določeno funkcijo, in izdelamo spletno stran, ki povzema zasnovo robota, začenši z izbiro materialov, modeliranje, realizacija in koda, ki omogoča delovanje celotnega sistema. Celotna skupina se je soglasno odločila za uresničitev robota "Bubble Wrap Painter".

"Bubble Wrap Painter" je naprava, ki lahko vbrizga barvo v nekaj mehurčkov ovojne vrečke iz regulatorja napetosti, ki ga dobavi računalnik. Sprva je moral robot vbrizgati tekočino v 2D ravnino, da je ustvaril točkovno risbo. Vendar se je skupina zaradi ekonomskih in praktičnih razlogov umaknila, da bi vbrizgala barvo po 1D poti. Robot deluje na naslednji način: sistem polžastih vijakov se uporablja za pritisk na bat brizge, ki je bila prvotno napolnjena z barvo. Injekcijska brizga je povezana s prilagodljivo polipropilensko cevjo, ki omogoča, da se barva nanese na kovinsko konico, pritrjeno na mobilni modul. Ta modul lahko drsi vzdolž vodoravne osi, spet s pomočjo polžastega sistema. Konica pa je pritrjena na linearni elektromagnet, ki je pritrjen tudi na mobilni modul. Elektromagnet se uporablja za prebadanje mehurčkov, ki so pritrjeni na navpični plošči. Ko je mehurček preboden, se vanj vbrizga barva itd.

1. korak: Opis delov in orodij

NAKUP

2 nosilci za nosilce od 5 do 6 mm

1 brizga po 10 ml (dolga 7,5 cm)

1 cev iz fleksibilnega polipropilena s premerom 4 mm

1 igla z varnostnim pokrovčkom

Gvaš, razredčen z vodo

2 navojni palici: premer 6 mm in dolžina 18,5 cm

2 gladki palici s premerom 8 mm in dolžino 21 cm

2 gladki palici s premerom 8 mm in dolžino 10 cm

Obloga iz mehurčkov

ELEKTRONIKA

1 plošča

1 arduino

1 koračni motor

1 koračni motor RS PRO Hybrid, koračni motor s stalnim magnetom 1,8 °, 0,22 Nm, 2,8 V, 1,33 A, 4 žice

2 mikro stikalo V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Napajanje

2 priključka za banane

45 mostičnih žic

6 prevodnih kablov

Dioda 1N4007

Tranzistor IRF5402

3 upori 4, 7 kohm

2 gonilnika DRV8825

1 stikalo z gumbom

VIJAK, matice in pritrditve

42 vijakov M3 dolžine 16 mm

4 vijak M3 dolg 10 mm

4 vijaki M4 dolžine 16 mm

2 vijaka M2, 5 dolžine 16 mm

52 ustreznih matic

2 jeklena podložka M3

UPORABLJENA ORODJA

Stroj za lasersko rezanje

3D tiskalnik (Ultimaker 2 ali Prusa)

Izvijač

Korak: Datoteke CAD

LASERSKO REZANJE debeline 3 mm

-podporne plošče

-podpora za dvig stikala

-premična podpora za iglo

-držalo za mehurčke

-4 povečana podpora

3D TISKANJE

-podpora za motor

-podprite navojno palico

-črpalka za brizgo

-podpora za iglo

-podpora za brizgo

3. korak: Montaža

Za začetek smo zasnovali leseno podlago, sestavljeno iz treh različnih elementov: spodnje plošče, navpične plošče in trikotne plošče, ki drži vse skupaj.

Na sliki lahko vidite, da imajo različne plošče ponavljajoče se vzorce v obliki črke T. Ti vzorci se uporabljajo za pritrditev sklopa in omogočajo robustnost podlage. Stikala sta nameščena na batu in na mobilnem modulu. To omogoča sklicevanje na največjo širitev bata in na skrajni desni položaj mobilnega modula.

Poleg tega so koračni motorji pritrjeni s štirimi vijaki na nosilec, ustvarjen s 3D-tiskalnikom. Na tem nosilcu dve pravokotni luknji omogočata pritrditev na navpično ploščo. Navojne palice, povezane z dvema osma vrtenja motorjev, pa tudi s štirimi gladkimi palicami, so pritrjene z dodatnimi nosilci, ki se nahajajo na antipodu motorjev. Poleg tega se priključki uporabljajo za pritrditev navojne palice na os vrtenja koračnih motorjev.

Injekcijska brizga je pritrjena tudi z nosilcem, ki je privit na vodoravno ploščo. Njegov bat lahko pritisnete s pomočjo trapeznega kosa, ki teče vzdolž navojne palice, ko se vrti. Ta del ima v notranjosti luknjo, ki je opremljena z matico. Ta matica omogoča premikanje trapeznega dela.

Cev je povezana z brizgo tako, da jo preprosto pripnete na konec brizge. Drugi konec cevi je zataknjen v obroč majhnega belega kosa PLA. Kovinska konica, ki je bila prvotno del brizge, je bila pritrjena tudi na konec cevi. Igli smo dodali pokrovček brizge, da bolje zapolnimo premer belega kosa. Pokrovček ima na koncu luknjo za prehod konice igle. Ta majhen bel del je privit z dvema vijakoma na drsno ploščo mobilnega modula.

Mobilni modul je sestavljen iz niza lesenih delov, pritrjenih na enak način kot plošče, ki sestavljajo podlago. Modul tvori škatlo s tremi luknjami, ki sprejme dve gladki palici in navojno palico. Znotraj tega polja sta dve matici, ki omogočata premik modula. Zgornja plošča modula drsi vzdolž dveh gladkih palic. V notranjem središču modula fiksna plošča drži linearni elektromagnet. To drsni plošči omogoča linearno premikanje naprej in nazaj.

Obstajata dva lesena nosilca, ki omogočata pritrditev dveh perforiranih jezičkov neposredno na navpično ploščo s podložkami, blokiranimi z vijaki. Ta dva zavihka v sredino zatisneta trak z mehurčkom. Mehurčasti papir vsebuje sedem mehurčkov, ki ustrezajo 7 bitom, ki jih kodira računalnik.

Na drugi strani navpične plošče sta tiskana vezja in arduino. PCB je lepljen na vodoravno ploščo s pomočjo prvotno prisotnega sistema lepljenja, arduino pa je privit na spodnjo ploščo. Poleg tega je na tiskano vezje priključen uporovni delilnik, ki je privit na leseni trikotni del. (SLIKA: zadnji del sistema)

*Vsak vijak, ki je del sistema, je utrjen z ustreznimi vijaki.

4. korak: Elektronika in senzorji

Vedeti moramo položaj zgornjega koračnega motorja, ko bo slikar z mehurčki zavil v natančne položaje mehurčkov. To je cilj prvega stikala. Vsakič, ko naprava potegne črto, se motor vrti, dokler stikalo ne spremeni stanja.

Potrebujemo drugo stikalo, da vemo, kdaj je koračni gumb, ki pritisne na brizgo, dosegel konec bata. Drugo stikalo se uporablja za zaustavitev sistema, ko je brizga prazna. Tretje neobvezno stikalo lahko nadaljuje s slikanjem, ko je brizga napolnjena. Ta stikala uporabljajo nizke napetosti in jih lahko neposredno dobavi arduino. Dva koračna motorja in magnet potrebujeta več energije in ju napaja generator za napajanje 12V in 1A. Dva gonilnika koračnih motorjev DRV8825 pretvarjata signale iz arduina v tok za motorje. Te gonilnike je treba kalibrirati. Umerjanje se izvede tako, da se en koračni stroj vrti s konstantno hitrostjo in nastavite voznikov vijak, dokler navor ne zadošča za nemoteno premikanje igle in nosilca. Zadnji element je elektromagnet. En izvlečni upor se uporablja za ponastavitev MOSFET -a, ko arduino ne pošilja toka. Za zaščito drugih delov elektronike je v elektromagnet dodana tudi povratna dioda. MOSFET preklaplja magnet med visokim in nizkim stanjem.

5. korak: Koda Python

Za komunikacijo med računalnikom in arduinom z uporabo pythona smo temeljili na kodah na tem forumu:

Za nadzor koračnega motorja je bila ta stran v veliko pomoč: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Za razumevanje osnov arduina je bila tudi "knjiga projektov arduino" zelo v pomoč. Obstajata dva dela kode: prvi je koda python, ki pretvori črko v binarni kodi ascii in jo pošlje po bit v arduino, drugi pa je koda arduino, ki pika v ustreznih mehurčkih. Naslednji diagram poteka pojasnjuje načelo kode arduino:

6. korak: Video

Delovni projekt!

7. korak: Izboljšave

Projekt je mogoče izboljšati na več načinov. Prvič, število mehurčkov na liniji je mogoče enostavno povečati. To lahko storite tako, da vzamete daljše binarne kode, tako da na primer vnesete dve črki namesto ene. Koda ASCII bo nato dvakrat daljša.

Najpomembnejša izboljšava bi bila, da bi lahko zapolnili mehurčke ne samo vzdolž osi x, ampak tudi vzdolž osi y. Polnjenje mehurčkov bi se zato izvajalo v 2D namesto v 1D. Najlažji način za to je, da spremenite višino mehurčkastega papirja, namesto da dvignete in spustite motor. To bi pomenilo, da roba držala za mehurčasti papir ne obesite na ploščo, ampak na 3D -tiskani nosilec. Ta podpora bi bila povezana z navojno palico, ki je sama povezana s koračnim motorjem.

8. korak: naleteli na težave

Glavni problem, s katerim smo se morali spoprijeti, je elektromagnet. Da bi se izognili okornim in težkim tretjim motorjem, se je zdel elektromagnet popoln kompromis. Po nekaterih preskusih se je togost nenehno izkazala za prenizko. Tako je bilo treba dodati drugo pomlad. Poleg tega lahko premika le zelo majhne obremenitve. Treba je bilo spremeniti ureditev različnih elementov.

Težava je bila tudi črpalka za brizgo. Najprej je bilo treba modelirati del, ki bi ga lahko pritrdili na neskončno palico in hkrati pritisnili na bat. Drugič, porazdelitev napetosti je bila pomembna, da se izognemo zlomu dela. Poleg tega dva koračna motorja nista enaka: nimata enakih lastnosti, zaradi česar smo dodali delilnik napetosti. Morali smo uporabiti vodno barvo (v našem primeru razredčen gvaš), ker preveč gosta barva ne bi prešla v iglo in bi povzročila preveliko izgubo tlaka v cevi.