Slikar omotača mjehurićima: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Kao dio našeg tečaja "Mehatronika 1 - MECA -Y403" Master 1 na ULB -u, od nas je zatraženo da dizajniramo robota koji obavlja određenu funkciju i izradimo web stranicu koja sažima dizajn robota, počevši od odabira materijala, modeliranje, realizacija i kod koji omogućuju rad cijelog sustava. 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 računalo. U početku je robot morao biti u stanju ubrizgati tekućinu u 2D ravninu kako bi generirao točkasti crtež. Međutim, iz ekonomskih i praktičnih razloga, grupa se povukla radi ubrizgavanja boje na 1D putanji. Robot radi na sljedeći način: sustav pužnih vijaka koristi se za pritiskanje klipa štrcaljke prvotno napunjene bojom. Štrcaljka je spojena na fleksibilnu polipropilensku cijev koja omogućuje nanošenje boje na metalni vrh pričvršćen na mobilni modul. Ovaj modul može kliziti po vodoravnoj osi, opet pomoću pužnog sustava. 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

KUPITI

2 spojnice greda 5 mm do 6 mm

1 štrcaljka 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 duljine 18,5 cm

2 glatke šipke promjera 8 mm i duljine 21 cm

2 glatke šipke promjera 8 mm i duljine 10 cm

Zamotavanje mjehurićima

ELEKTRONIKA

1 matična ploča

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 prekidača V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Napajanje strujom

2 konektora za banane

45 kratkospojnih žica

6 vodljivih kabela

Dioda 1N4007

Tranzistor IRF5402

3 otpornika 4, 7 kohm

2 drajvera DRV8825

1 prekidač na dugme

VIJAK, MATICE I FIKSACIJE

42 vijka M3 duljine 16 mm

4 vijka M3 duljine 10 mm

4 vijka M4 duljine 16 mm

2 vijka M2, 5 duljine 16 mm

52 odgovarajuće matice

2 čelične obične podloške M3

KORIŠTENI ALATI

Stroj za lasersko rezanje

3D pisač (Ultimaker 2 ili Prusa)

Odvijač

Korak 2: CAD datoteke

LASERSKO REZANJE debljine 3 mm

-potporne ploče

-podrška za podizanje prekidača

-pokretni oslonac za iglu

-držač za mjehuriće

-4 povećavajući oslonac

3D TISAK

-podrška za motor

-podržati šipku s navojem

-pumpa za šprice

-podloga za iglu

-podrška za špricu

Korak 3: Montaža

Za početak smo dizajnirali drvenu podlogu sačinjenu od 3 različita elementa: donje ploče, okomite ploče i trokutaste ploče kako bi sve držali zajedno.

Na slici možete vidjeti da različite ploče imaju ponavljane uzorke u obliku slova T. Ovi se uzorci koriste za učvršćivanje sklopa i omogućuju da baza bude robusna. Dva prekidača postavljena su na klip i na pokretni modul. To omogućuje davanje referenci o maksimalnom širenju klipa i referencu o krajnjem desnom položaju mobilnog modula.

Osim toga, koračni motori pričvršćeni su s četiri vijka na nosač izrađen 3D pisačem. Na ovom nosaču dvije okomite rupe omogućuju pričvršćivanje na okomitu ploču. Navojne šipke spojene na 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 učvršćena držačem koji je pričvršćen na vodoravnu ploču. Njegov klip može se pritisnuti pomoću trapeznog komada koji se kreće uz navojnu šipku dok se okreće. Ovaj dio ima rupu u unutrašnjosti koja je opremljena maticom. Ova matica omogućuje pomicanje trapeznog dijela.

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

Mobilni modul sastoji se od niza drvenih dijelova učvršćenih na isti način kao i ploče koje čine bazu. Modul tvori kutiju s tri rupe za prihvat dvije glatke šipke i šipke s navojem. Unutar ove kutije nalaze se dvije matice koje omogućuju pomicanje modula. Gornja ploča modula klizi duž dvije glatke šipke. U unutarnjem 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 izravno na okomitu ploču pomoću podložaka blokiranih vijcima. Ova dva jezička zabadaju traku omotača mjehurićima u središte. Papir s mjehurićima ovdje sadrži sedam mjehurića koji odgovaraju 7 bitova koje kodira računalo.

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

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

Korak 4: Elektronika i senzori

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

Potreban nam je još jedan prekidač kako bismo znali kada je steper koji je pritisnuo špricu došao do kraja klipa. Drugi prekidač koristi se za zaustavljanje sustava kada je štrcaljka prazna. Treći dodatni prekidač može nastaviti slikati nakon što je napunjena štrcaljka. Ovi prekidači koriste niske napone i može ih izravno napajati arduino. Dva koračna motora i magnet trebaju više energije, a napaja ih generator snage koji daje 12V i 1A. Dva drajvera koračnih motora DRV8825 pretvaraju signale iz arduina u struju za motore. Ove upravljačke programe potrebno je kalibrirati. 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 poništavanje MOSFET -a kada arduino ne šalje nikakvu 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 računala 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 projekt!

Korak 7: Poboljšanja

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

Najvažnije poboljšanje bilo bi da se mjehurići mogu ispuniti ne samo duž osi x već i po osi y. Mjehurići bi se stoga punili u 2D umjesto u 1D. Najlakši način za to je mijenjanje visine papira s mjehurićima, umjesto podizanja i spuštanja motora. To bi značilo ne objesiti rub držača mjehurića papira na ploču, već na 3D tiskanu podlogu. Ta bi podrška bila spojena na navojnu šipku, koja je sama spojena na koračni motor.

Korak 8: Problemi s kojima se susrećete

Glavni problem s kojim smo se morali nositi je elektromagnet. Doista, kako bi se izbjegao glomazan i težak treći motor, činilo se da je elektromagnet savršen kompromis. Nakon nekih ispitivanja, krutost se stalno pokazala preniskom. Stoga je trebalo dodati drugo proljeće. Štoviše, može premjestiti samo vrlo lagana opterećenja. Raspored različitih elemenata morao se revidirati.

Problem je bila i pumpa za štrcaljku. Prvo je morao biti modeliran dio koji se mogao zakačiti za beskonačnu šipku i istodobno pritisnuti klip. Drugo, raspodjela naprezanja bila je važna kako bi se izbjeglo lomljenje dijelova. Štoviše, dva koračna motora nisu ista: nemaju iste karakteristike, što nas je prisililo 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 tlaka u cijevi.