Bubble Wrap Painter: 8 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Osana "Mechatronics 1 - MECA -Y403" Master 1 -kurssiamme ULB: ssä meitä pyydettiin suunnittelemaan robotti, joka suorittaa tiettyä toimintoa, ja luomaan verkkosivun, joka tiivistää robotin suunnittelun materiaalivalinnasta alkaen. mallinnus, toteutus ja koko järjestelmän toiminnan mahdollistava koodi. Koko ryhmä päätti yksimielisesti toteuttaa "Bubble Wrap Painter" -robotin.

"Bubble Wrap Painter" on laite, joka pystyy ruiskuttamaan maalia joihinkin kuplamuovikupliin tietokoneen toimittamasta jännitesäätimestä. Aluksi robotin piti pystyä ruiskuttamaan nestettä 2D -tasoon pistepiirustuksen luomiseksi. Taloudellisista ja käytännön syistä ryhmä on kuitenkin vetäytynyt ruiskuttamaan maalia 1D -liikeradalle. Robotti toimii seuraavasti: aluksi maalilla täytetyn ruiskun mäntää painetaan kierukkaruuvijärjestelmällä. Ruisku on liitetty joustavaan polypropyleeniputkeen, joka mahdollistaa maalin johtamisen liikkuvalle moduulille kiinnitetylle metallikärjelle. Tämä moduuli pystyy liukumaan vaaka -akselia pitkin jälleen mato -järjestelmän avulla. Kärki sen sijaan on kiinnitetty lineaariseen sähkömagneettiin, joka on myös kiinnitetty mobiilimoduuliin. Sähkömagneettia käytetään pystysuoraan levyyn kiinnitetyn kuplamuovin pistämiseen. Kun kupla on lävistetty, maali ruiskutetaan siihen ja niin edelleen.

Vaihe 1: Osat ja työkalut Kuvaus

OSTAA

2 palkkiliitintä 5 mm - 6 mm

1 10 ml: n ruisku (7,5 cm pitkä)

1 putki joustavaa polypropeenia, halkaisija 4 mm

1 neula turvakorkilla

Vedellä laimennettu guassi

2 kierretankoa: halkaisija 6 mm ja 18, 5 cm pitkä

2 sileää tankoa, halkaisija 8 mm ja pituus 21 cm

2 sileää tankoa, joiden halkaisija on 8 mm ja pituus 10 cm

Kuplamuovia

ELEKTRONIIKKA

1 leipälauta

1 arduino

1 askelmoottori

1 askelmoottori RS PRO Hybrid, kestomagneetti -askelmoottori 1,8 °, 0,22 Nm, 2,8 V, 1,33 A, 4 johdinta

2 mikrokytkintä V-156-1C25

1 sähkömagneetti ZYE1-0530

Virtalähde

2 banaaniliitintä

45 hyppyjohtoa

6 johtavaa kaapelia

Diodi 1N4007

Transistori IRF5402

3 vastusta 4, 7 kohm

2 DRV8825 -ohjainta

1 painonappikytkin

RUUVI, MUTTERIT JA KIINNITYKSET

42 ruuvia M3 16 mm pitkä

4 ruuvia M3 10 mm pitkä

4 ruuvia M4 16 mm pitkä

2 ruuvia M2, 5 16 mm pitkä

52 vastaavaa mutteria

2 teräslevyä M3

KÄYTETYT TYÖKALUT

Laserleikkauskone

3D -tulostin (Ultimaker 2 tai Prusa)

Ruuvimeisseli

Vaihe 2: CAD -tiedostot

LASERLEIKKAUS, paksuus 3 mm

-tukilevyt

-tuki kytkimen nostamiseen

-liikkuva tuki neulalle

-kuplan pidike

-4 korotustukea

3D -TULOSTUS

-moottorin tuki

-tuki kierretankoa

-ruiskupumppu

-tuki neulalle

-ruiskun tuki

Vaihe 3: Kokoonpano

Aluksi suunnittelimme puisen alustan, joka koostuu kolmesta eri elementistä: pohjalevystä, pystysuorasta levystä ja kolmion muotoisesta levystä kaiken pitämiseksi yhdessä.

Kuvasta näet, että eri levyissä on toistuvia T-muotoisia kuvioita. Näitä kuvioita käytetään kokoonpanon kiinnittämiseen ja alustan tukemiseen. Kaksi kytkintä on sijoitettu männän ja mobiilimoduulin päälle. Tämä mahdollistaa vastaavasti viittauksen männän maksimilaajentumiseen ja viitteen liikkuvan moduulin äärimmäiseen oikeaan asentoon.

Lisäksi porrasmoottorit kiinnitetään neljällä ruuvilla 3D-tulostimella luotuun tukeen. Tällä tuella kaksi kohtisuoraa reikää mahdollistavat kiinnityksen pystysuoraan levyyn. Moottoreiden kahteen pyörimisakseliin liitettyjä kierretankoja ja neljää sileää tankoa tukevat lisätuet, jotka sijaitsevat moottorien vastapuolella. Tämän lisäksi käytetään liittimiä kierretangon kiinnittämiseen askelmoottorien pyörimisakseliin.

Ruisku on myös kiinnitetty pidikkeellä, joka ruuvataan vaakasuoraan levyyn. Sen mäntää voidaan painaa puolisuunnikkaan muotoisen kappaleen avulla, joka kulkee kierteitettyä tankoa pyörien. Tämän osan sisäpuolella on reikä, joka on varustettu mutterilla. Tämän mutterin avulla puolisuunnikkaan muotoinen osa voi liikkua.

Putki liitetään ruiskuun yksinkertaisesti liittämällä se ruiskun päähän. Putken toinen pää on juuttunut pienen valkoisen PLA -kappaleen renkaaseen. Metallikärki, joka oli alun perin osa ruiskua, on myös napsautettu putken päähän. Olemme lisänneet ruiskun korkin neulaan täyttämään paremmin valkoisen kappaleen halkaisijan. Korkin päässä on reikä neulan kärjen läpäisemiseksi. Tämä pieni valkoinen osa ruuvataan kahdella ruuvilla liikkuvan moduulin liukulevylle.

Mobiilimoduuli koostuu joukosta puisia osia, jotka on kiinnitetty samalla tavalla kuin pohjalevyt. Moduuli muodostaa laatikon, jossa on kolme reikää kahden sileän tangon ja kierretangon vastaanottamiseksi. Tämän laatikon sisällä on kaksi mutteria, joiden avulla moduulia voidaan siirtää. Moduulin ylälevy liukuu pitkin kahta sileää tankoa. Moduulin sisäkeskuksessa kiinteä levy pitää lineaarisen sähkömagneetin. Tämän ansiosta liukulevy voi tehdä lineaarisia liikkeitä edestakaisin.

On olemassa kaksi puukannatinta, joiden avulla kaksi rei'itettyä kieliä voidaan kiinnittää suoraan pystysuoraan levyyn ruuveilla tukkeutuneilla aluslevyillä. Nämä kaksi kielekettä kiilaavat kuplapakkauksen keskelle. Tässä oleva kuplapaperi sisältää seitsemän kuplaa, jotka vastaavat tietokoneen koodaamaa 7 bittiä.

Pystysuoran levyn toisella puolella on PCB ja arduino. Piirilevy liimataan vaakasuoraan levyyn aluksi olemassa olevan liimausjärjestelmän avulla ja arduino ruuvataan pohjalevyyn. Tämän lisäksi piirilevyyn on liitetty resistiivinen jakaja, joka on ruuvattu puiseen kolmion muotoiseen osaan. (KUVA: järjestelmän takaosa)

*Jokainen järjestelmään kuuluva ruuvi on kiinnitetty sopivilla ruuveilla.

Vaihe 4: Elektroniikka ja anturit

Meidän on tiedettävä ylemmän askelmoottorin sijainti, kun kuplakääremaalaus aloitetaan saavuttamaan kuplien tarkat paikat. Tämä on ensimmäisen kytkimen tavoite. Aina kun laite piirtää viivaa, moottori pyörii, kunnes kytkin vaihtaa tilan.

Tarvitsemme toisen kytkimen tietääksemme, milloin ruiskua työntävä askelma on saavuttanut männän pään. Toisella kytkimellä pysäytetään järjestelmä, kun ruisku on tyhjä. Kolmas valinnainen kytkin voi jatkaa maalausta, kun ruisku on täytetty. Nämä kytkimet käyttävät matalaa jännitettä ja ne voidaan toimittaa suoraan arduinosta. Kaksi askelmoottoria ja magneetti tarvitsevat enemmän virtaa, ja ne syötetään 12 V: n ja 1 A: n teholähteestä. Kaksi DRV8825 -askelmoottoriohjainta muuntaa arduinon signaalit moottorivirtaksi. Nämä ohjaimet on kalibroitava. Kalibrointi suoritetaan siten, että yksi askelmoottori pyörii vakionopeudella ja säädetään ruuvia, kunnes vääntömomentti on riittävä neulan ja tuen siirtämiseksi tasaisesti. Viimeinen elementti on sähkömagneetti. Yksi vedettävä vastus käytetään mosfetin nollaamiseen, kun arduino ei lähetä virtaa. Muiden elektroniikkaosien suojaamiseksi sähkömagneettiin lisätään myös palautusdiodi. Mosfet vaihtaa magneettia korkean ja matalan tilan välillä.

Vaihe 5: Python -koodi

Tietokoneen ja arduinon välisessä kommunikaatiossa pythonin avulla perustimme tällä foorumilla annetut koodit:

Tämä portaali oli erittäin hyödyllinen askelmoottorin ohjaamiseen: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Ja arduinon perusteiden ymmärtämiseksi oli myös 'arduino-projektikirja' erittäin avuliasta. Koodissa on kaksi osaa: ensimmäinen on python -koodi, joka muuntaa ascii -binaarikoodin kirjaimen ja lähettää sen pala kerrallaan arduinoon, ja toinen on arduino -koodi, joka pataa vastaavissa kuplissa. Seuraava vuokaavio selittää arduino -koodin periaatteen:

Vaihe 6: Video

Toimiva projekti!

Vaihe 7: Parannuksia

Hanketta voidaan parantaa monella tapaa. Ensinnäkin linjan kuplien määrää voidaan helposti lisätä. Tämä voidaan tehdä ottamalla pitempiä binaarikoodeja ja kirjoittamalla merkintään kaksi kirjainta yhden sijasta. ASCII -koodi on tällöin kaksi kertaa pidempi.

Tärkein parannus olisi pystyä täyttämään kuplat paitsi x-akselin lisäksi myös y-akselia pitkin. Kuplat täytettäisiin siis 2D -muodossa 1D: n sijasta. Helpoin tapa tehdä tämä on muuttaa kuplapaperin korkeutta moottorin nostamisen ja laskemisen sijaan. Tämä tarkoittaisi sitä, ettei kuplapaperipidikkeen reunaa ripustettaisi levyyn vaan 3D -tulostettuun alustaan. Tämä tuki olisi yhdistetty kierretankoon, joka itse on kytketty askelmoottoriin.

Vaihe 8: Ongelmia

Suurin ongelma, joka meidän oli käsiteltävä, on sähkömagneetti. Itse asiassa, jotta vältettäisiin hankala ja raskas kolmas moottori, sähkömagneetti näytti olevan täydellinen kompromissi. Joidenkin testien jälkeen jäykkyys osoittautui jatkuvasti liian alhaiseksi. Joten jousi oli lisättävä. Lisäksi se voi siirtää vain hyvin kevyitä kuormia. Eri elementtien järjestelyjä oli tarkistettava.

Ruiskupumppu oli myös ongelma. Ensin oli mallinnettava osa, joka voidaan kiinnittää loputtomaan tankoon ja painaa mäntää samanaikaisesti. Toiseksi jännityksen jakautuminen oli tärkeää, jotta vältyttiin osien rikkoutumiselta. Lisäksi kaksi askelmoottoria eivät ole samat: niillä ei ole samat ominaisuudet, mikä pakotti meidät lisäämään jännitteenjakajan. Meidän oli käytettävä vesimaalia (laimennettu guassi meidän tapauksessamme), koska liian paksu maali ei pääse neulaan ja aiheuttaisi liikaa painehäviötä putkessa.