Slikar omotača mjehurićima: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Kao dio našeg kursa "Mehatronika 1 - MECA -Y403" Master 1 na ULB -u, od nas je zatraženo da dizajniramo robota koji obavlja određenu funkciju i da stvorimo web stranicu koja sažima dizajn robota, počevši od odabira materijala, modeliranje, realizacija i kod koji omogućavaju rad cijelog sistema. Cijela grupa jednoglasno je odlučila realizirati robota "Bubble Wrap Painter".

"Slikar omotača mjehurićima" je uređaj koji može ubrizgati boju u neke mjehuriće omotača mjehurića iz kontrole napona koju isporučuje računar. U početku je robot morao biti u stanju ubrizgati tekućinu u 2D ravninu kako bi generirao crtež na licu mjesta. Međutim, iz ekonomskih i praktičnih razloga, grupa se povukla radi ubrizgavanja boje na 1D putanji. Robot radi na sljedeći način: sistem pužnih vijaka koristi se za pritiskanje klipa štrcaljke koja je prvo napunjena bojom. Štrcaljka je spojena na fleksibilnu polipropilensku cijev koja omogućava da se boja prenese na metalni vrh pričvršćen na mobilni modul. Ovaj modul može kliziti po vodoravnoj osi, opet pomoću pužnog sistema. Vrh je, s druge strane, pričvršćen na linearni elektromagnet koji je također pričvršćen na mobilni modul. Elektromagnet se koristi za ubadanje omotača mjehurića pričvršćenog na okomitu ploču. Nakon što se mjehurić probije, boja se ubrizgava u njega i tako dalje.

Korak 1: Opis dijelova i alata

KUPOVINA

2 gredne spojnice od 5 mm do 6 mm

1 špric od 10 ml (dužine 7,5 cm)

1 cijev od fleksibilnog polipropilena promjera 4 mm

1 igla sa zaštitnom kapom

Gvaš razrijeđen vodom

2 šipke s navojem: promjera 6 mm i dužine 18,5 cm

2 glatke šipke promjera 8 mm i dužine 21 cm

2 glatke šipke promjera 8 mm i dužine 10 cm

Oblaganje mjehurićima

ELEKTRONIKA

1 osnova

1 arduino

1 koračni motor

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

2 mikro prekidača V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Napajanje strujom

2 konektora za banane

45 kratkospojnih žica

6 provodnih kabela

Dioda 1N4007

Tranzistor IRF5402

3 otpornika 4, 7 kohm

2 drajvera DRV8825

1 prekidač na dugme

VIJAK, MATICE I FIKSACIJE

42 vijka M3 dužine 16 mm

4 vijka M3 dužine 10 mm

4 vijka M4 dužine 16 mm

2 vijka M2, 5 dužine 16 mm

52 odgovarajuće matice

2 čelične obične podloške M3

KORIŠĆENI ALATI

Mašina za lasersko rezanje

3D štampač (Ultimaker 2 ili Prusa)

Šrafciger

Korak 2: CAD datoteke

LASERSKO REZANJE debljine 3 mm

-potporne ploče

-podrška za podizanje prekidača

-pokretni oslonac za iglu

-držač za mjehuriće

-4 potpora za povećanje

3D ŠTAMPANJE

-podrška za motor

-podržati šipku sa navojem

-pumpa za špric

-podrška za iglu

-podrška za špric

Korak 3: Montaža

Za početak smo dizajnirali drvenu podlogu sačinjenu od 3 različita elementa: donje ploče, okomite ploče i trokutaste ploče za držanje svega zajedno.

Na slici možete vidjeti da različite ploče imaju ponavljane uzorke u obliku slova T. Ovi uzorci se koriste za pričvršćivanje sklopa i omogućavanje podnožja da bude robusno. Dva prekidača postavljena su na klip i na pokretni modul. Ovo omogućava davanje referenci o maksimalnom proširenju klipa i referencu o krajnjem desnom položaju mobilnog modula.

Osim toga, koračni motori su pričvršćeni sa četiri vijka na nosač napravljen pomoću 3D štampača. Na ovom nosaču dvije okomite rupe omogućuju pričvršćivanje na okomitu ploču. Navojne šipke povezane s dvije osi rotacije motora, kao i četiri glatke šipke, drže se dodatnim nosačima koji se nalaze na antipodu motora. Osim toga, konektori se koriste za pričvršćivanje navojne šipke na os rotacije koračnih motora.

Štrcaljka je također pričvršćena držačem koji je pričvršćen na vodoravnu ploču. Njegov klip može se pritisnuti pomoću trapeznog komada koji se kreće duž navojne šipke dok se okreće. Ovaj dio ima rupu u unutrašnjosti koja je opremljena maticom. Ova matica omogućuje pomicanje trapeznog dijela.

Cijev je spojena na špricu jednostavnim umetanjem u kraj štrcaljke. Drugi kraj cijevi zaglavljen je u prstenu malog bijelog komada PLA. Metalni vrh koji je izvorno bio dio šprica također je pričvršćen za kraj cijevi. Igli smo dodali poklopac štrcaljke kako bismo bolje ispunili promjer bijelog komada. Poklopac ima rupu na kraju kako bi vrh igle mogao proći. Ovaj mali bijeli dio pričvršćen je s dva vijka na kliznu ploču mobilnog modula.

Mobilni modul sastoji se od niza drvenih dijelova pričvršćenih na isti način kao i ploče koje čine osnovu. Modul formira kutiju s tri rupe za prihvat dvije glatke šipke i navojne šipke. Unutar ove kutije nalaze se dvije matice koje omogućuju pomicanje modula. Gornja ploča modula klizi duž dvije glatke šipke. U unutrašnjem središtu modula fiksna ploča drži linearni elektromagnet. To omogućuje kliznoj ploči linearno kretanje naprijed -natrag.

Postoje dva drvena držača koji omogućuju pričvršćivanje dva perforirana jezička direktno na okomitu ploču pomoću podložaka blokiranih vijcima. Ova dva jezička zabadaju traku omotača mjehurićima u sredinu. Papir sa mjehurićima ovdje sadrži sedam mjehurića koji odgovaraju 7 bitova kodiranih od strane računara.

S druge strane okomite ploče nalaze se PCB i arduino. PCB se lijepi na vodoravnu ploču pomoću sustava za lijepljenje koji je inicijalno prisutan, a arduino je pričvršćen na donju ploču. Osim toga, na PCB je spojen otpornički razdjelnik koji je pričvršćen na drveni trokutasti dio. (SLIKA: zadnja strana sistema)

*Svaki od vijaka koji su dio sistema učvršćen je odgovarajućim vijcima.

Korak 4: Elektronika i senzori

Moramo znati položaj gornjeg koračnog motora kada slikar s omotom od mjehurića počne dostizati tačne položaje mjehurića. Ovo je cilj prvog prekidača. Svaki put kada uređaj povlači liniju, motor se okreće sve dok prekidač ne promijeni stanje.

Potreban nam je još jedan prekidač da znamo kada je steper koji pritiska špricu došao do kraja klipa. Drugi prekidač se koristi za zaustavljanje sistema kada je špric prazan. Treći opcionalni prekidač može nastaviti slikanje nakon što je napunjena štrcaljka. Ovi prekidači koriste niske napone i može ih direktno napajati arduino. Dva koračna motora i magnet trebaju više energije i napajaju se iz generatora snage koji daje 12V i 1A. Dva drajvera koračnih motora DRV8825 pretvaraju signale iz arduina u struju za motore. Ovi upravljački programi moraju biti kalibrirani. Kalibracija se vrši tako da se jedan steper okreće konstantnom brzinom i podešava vijak vozača sve dok zakretni moment ne bude dovoljan za glatko pomicanje igle i oslonca. Posljednji element je elektromagnet. Jedan otpornik za povlačenje koristi se za resetiranje MOSFET -a kada arduino ne šalje struju. Kako bi se zaštitili drugi dijelovi elektronike, elektromagnetu se dodaje i povratna dioda. MOSFET prebacuje magnet između visokog i niskog stanja.

Korak 5: Python kod

Za komunikaciju između računara i arduina pomoću pythona, bazirali smo se na kodovima na ovom forumu:

Za upravljanje koračnim motorom ova je web stranica bila od velike pomoći: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ A da biste razumjeli osnove arduina, bila je i 'knjiga arduino projekata' vrlo korisno. Postoje dva dijela koda: prvi je python kôd koji pretvara slovo u binarnom kodu ascii i šalje ga bit po bit u arduino, a drugi je arduino kôd koji pipa u odgovarajućim mjehurićima. Sljedeći dijagram toka objašnjava princip arduino koda:

Korak 6: Video

Radni projekat!

Korak 7: Poboljšanja

Projekat se može poboljšati na više načina. Prvo, broj mjehurića na liniji može se lako povećati. To se može učiniti uzimanjem dužih binarnih kodova, pisanjem dva slova na unos umjesto jednog na primjer. ASCII kôd će tada biti duplo duži.

Najvažnije poboljšanje bilo bi moći popuniti mjehuriće ne samo duž osi x, već i duž osi y. Punjenje mjehurića bi se stoga vršilo u 2D umjesto u 1D. Najlakši način da to učinite je mijenjanje visine papira s mjehurićima, umjesto podizanja i spuštanja motora. To bi značilo da ne držite rub držača mjehurića za papir na ploči, već na 3D štampanoj podlozi. Ova bi potpora bila spojena na navojnu šipku, koja je sama spojena na koračni motor.

Korak 8: Problemi na koje se nailazi

Glavni problem s kojim smo se morali suočiti je elektromagnet. Zaista, kako bi se izbjeglo stvaranje glomaznog i teškog trećeg motora, činilo se da je elektromagnet savršen kompromis. Nakon nekih ispitivanja, krutost se konstantno pokazala preniskom. Stoga je trebalo dodati drugo proljeće. Štoviše, može premjestiti samo vrlo mala opterećenja. Raspored različitih elemenata morao je biti revidiran.

Pumpa za špric je takođe predstavljala problem. Prvo je morao biti modeliran dio koji se mogao zakačiti za beskonačnu šipku i pritisnuti klip u isto vrijeme. Drugo, raspodjela naprezanja bila je važna kako bi se izbjeglo lomljenje dijelova. Štaviše, 2 koračna motora nisu ista: nemaju iste karakteristike, što nas je primoralo da dodamo razdjelnik napona. Morali smo koristiti vodenu boju (u našem slučaju razrijeđeni gvaš), jer pregusta boja ne bi prošla kroz iglu i uzrokovala bi preveliki gubitak pritiska u cijevi.