Burbuļplēves gleznotājs: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Kā daļa no mūsu "Mechatronics 1 - MECA -Y403" Master 1 kursa ULB, mums tika lūgts izveidot robotu, kas veic noteiktu funkciju, un izveidot tīmekļa vietni, kurā apkopots robota dizains, sākot ar materiālu izvēli, modelēšana, realizācija un kods, kas ļauj darboties visai sistēmai. Visa grupa vienbalsīgi izvēlējās realizēt robotu "Bubble Wrap Painter".

"Bubble Wrap Painter" ir ierīce, kas spēj ievadīt krāsu dažos burbuļplēves burbuļos, izmantojot datora piegādāto sprieguma regulatoru. Sākotnēji robotam bija jāspēj injicēt šķidrums 2D plaknē, lai ģenerētu vietas zīmējumu. Tomēr ekonomisku un praktisku iemeslu dēļ grupa ir atteikusies injicēt krāsu 1D trajektorijā. Robots darbojas šādi: tārpu skrūvju sistēma tiek izmantota, lai nospiestu šļirces virzuli, kas sākotnēji ir piepildīta ar krāsu. Šļirce ir savienota ar elastīgu polipropilēna cauruli, kas ļauj krāsu novadīt uz metāla galu, kas piestiprināts mobilajam modulim. Šis modulis atkal var slīdēt pa horizontālu asi, izmantojot tārpu sistēmu. No otras puses, gals ir piestiprināts pie lineāra elektromagnēta, kas ir pievienots arī mobilajam modulim. Elektromagnētu izmanto, lai iedurtu burbuļplēvi, kas piestiprināta pie vertikālas plāksnes. Kad burbulis ir caurdurts, tajā tiek ievadīta krāsa un tā tālāk.

1. darbība. Daļu un rīku apraksts

PIRKT

2 staru savienojumi no 5 mm līdz 6 mm

1 šļirce ar 10 ml (7,5 cm gara)

1 caurule no elastīga polipropilēna ar diametru 4 mm

1 adata ar aizsargvāciņu

Guaša atšķaidīta ar ūdeni

2 stieņi ar vītni: diametrs 6 mm un 18, 5 cm garš

2 gludi stieņi ar diametru 8 mm un garumu 21 cm

2 gludi 8 mm diametra un 10 cm gari stieņi

Burbuļplēve

ELEKTRONIKA

1 maizes dēlis

1 arduino

1 pakāpju motors

1 soļu motors RS PRO hibrīds, pastāvīgā magnēta pakāpju motors 1,8 °, 0,22 Nm, 2,8 V, 1,33 A, 4 vadi

2 mikro slēdzis V-156-1C25

1 elektromagnēts ZYE1-0530

Enerģijas padeve

2 banānu savienotāji

45 džemperu vadi

6 vadoši kabeļi

Diode 1N4007

Tranzistors IRF5402

3 rezistori 4, 7 kohm

2 DRV8825 draiveri

1 spiedpogas slēdzis

SKRŪVE, RIEKTI UN FIKSĒJUMI

42 skrūves M3 16 mm garas

4 skrūves M3 10 mm garas

4 skrūves M4 16 mm garas

2 skrūves M2, 5 16 mm garas

52 atbilstošie uzgriežņi

2 vienkārša tērauda paplāksne M3

LIETOTIE RĪKI

Lāzera griešanas mašīna

3D printeris (Ultimaker 2 vai Prusa)

Skrūvgriezis

2. darbība: CAD faili

LĀZERGRIEŠANA ar biezumu 3 mm

-atbalsta plāksnes

-atbalsts slēdža pacelšanai

-kustīgs adatas atbalsts

-burbuļu turētājs

-4 pacelšanas balsts

3D IESPIEŠANA

-atbalsts motoram

-atbalstīt vītņoto stieni

-šļirces sūknis

-atbalsts adatai

-šļirces atbalsts

3. solis: montāža

Sākumā mēs izstrādājām koka pamatni, kas sastāv no 3 dažādiem elementiem: apakšējās plāksnes, vertikālās plāksnes un trīsstūrveida plāksnes, lai viss būtu kopā.

Attēlā var redzēt, ka dažādām plāksnēm ir atkārtoti T veida raksti. Šos modeļus izmanto, lai nostiprinātu mezglu un ļautu pamatnei būt izturīgai. Abi slēdži ir novietoti uz virzuļa un uz mobilā moduļa. Tas ļauj attiecīgi sniegt atsauci uz virzuļa maksimālo izplešanos un atsauci uz mobilā moduļa galējo labo pozīciju.

Turklāt pakāpju motorus ar četrām skrūvēm piestiprina pie atbalsta, kas izveidots ar 3D printeri. Uz šī atbalsta divi perpendikulāri caurumi ļauj piestiprināties pie vertikālās plāksnes. Vītņstieņi, kas savienoti ar divām motoru rotācijas asīm, kā arī četri gludie stieņi tiek turēti ar papildu balstiem, kas atrodas motoru antipodā. Papildus tam tiek izmantoti savienotāji, lai nostiprinātu vītņoto stieni pie pakāpju motoru rotācijas ass.

Šļirce ir piestiprināta arī ar kronšteinu, kas pieskrūvēts pie horizontālās plāksnes. Tās virzuli var nospiest, izmantojot trapecveida gabalu, kas rotācijas laikā iet gar vītņoto stieni. Šīs daļas iekšpusē ir caurums, kas ir aprīkots ar uzgriezni. Šis uzgrieznis ļauj trapecveida daļai pārvietoties.

Caurule ir pievienota šļircei, vienkārši ievietojot to šļirces galā. Caurules otrs gals ir iestrēdzis neliela balta PLA gabala gredzenā. Metāla uzgalis, kas sākotnēji bija daļa no šļirces, arī ir nofiksēts caurules galā. Mēs esam pievienojuši adatai šļirces vāciņu, lai labāk aizpildītu baltā gabala diametru. Vāciņa galā ir caurums, kas ļauj izlaist adatas galu. Šī mazā baltā daļa ir pieskrūvēta ar divām skrūvēm uz mobilā moduļa bīdāmās plāksnes.

Mobilais modulis sastāv no koka detaļu komplekta, kas piestiprināts tāpat kā plāksnes, kas veido pamatni. Modulis veido kastīti ar trim caurumiem, lai pieņemtu divus gludos stieņus un vītņoto stieni. Šīs kastes iekšpusē ir divi uzgriežņi, kas ļauj pārvietot moduli. Moduļa augšējā plāksne slīd gar diviem gludiem stieņiem. Moduļa iekšējā centrā fiksēta plāksne tur lineāro elektromagnētu. Tas ļauj bīdāmajai plāksnei veikt lineāras kustības uz priekšu un atpakaļ.

Ir divi koka kronšteini, kas ļauj divas perforētas mēles piestiprināt tieši pie vertikālās plāksnes, izmantojot paplāksnes, kuras bloķē skrūves. Šīs divas cilnes centrā iespiež burbuļplēves sloksni. Burbuļpapīrs šeit satur septiņus burbuļus, kas atbilst datora kodētajiem 7 bitiem.

Vertikālās plāksnes otrā pusē ir PCB un arduino. PCB tiek pielīmēts pie horizontālās plāksnes, izmantojot sākotnēji esošo līmēšanas sistēmu, un arduino ir pieskrūvēta pie apakšējās plāksnes. Papildus tam PCB ir pievienots pretestības dalītājs, kas ir pieskrūvēts pie koka trīsstūrveida daļas. (ATTĒLS: sistēmas aizmugure)

*Katra no sistēmas skrūvēm ir nostiprināta ar piemērotām skrūvēm.

4. solis: elektronika un sensori

Mums ir jāzina augšējā pakāpiena motora stāvoklis, kad burbuļplēves krāsotājs ir sācis sasniegt precīzas burbuļu pozīcijas. Tas ir pirmā slēdža mērķis. Katru reizi, kad ierīce velk līniju, motors griežas, līdz slēdzis maina stāvokli.

Mums ir vajadzīgs vēl viens slēdzis, lai uzzinātu, kad šļirces spiešanas solis ir sasniedzis virzuļa galu. Otro slēdzi izmanto, lai apturētu sistēmu, kad šļirce ir tukša. Trešais izvēles slēdzis var turpināt krāsošanu, kad šļirce ir iepildīta. Šie slēdži izmanto zemu spriegumu, un tos var tieši piegādāt arduino. Abiem soļu motoriem un magnētam ir nepieciešama lielāka jauda, un tos piegādā strāvas ģenerators, kas nodrošina 12V un 1A. Divi DRV8825 pakāpju motoru draiveri pārveido signālus no arduino par strāvu motoriem. Šie draiveri ir jākalibrē. Kalibrēšanu veic, liekot vienam pakāpienam griezties nemainīgā ātrumā un regulējot skrūves skrūvi, līdz griezes moments ir pietiekams, lai vienmērīgi pārvietotu adatu un balstu. Pēdējais elements ir elektromagnēts. Viens nolaižamais rezistors tiek izmantots, lai atiestatītu mosfet, ja arduino nesūta strāvu. Lai aizsargātu pārējās elektronikas detaļas, elektromagnētam ir pievienota arī atgriezeniskā diode. Mosfet pārslēdz magnētu starp augstu un zemu stāvokli.

5. darbība: Python kods

Saziņai starp datoru un arduino, izmantojot python, mēs balstījāmies uz šajā forumā norādītajiem kodiem:

Lai kontrolētu soļu motoru, šī vietne bija ļoti noderīga: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Un, lai saprastu arduino pamatus, bija pieejama arī arduino projektu grāmata. Ļoti izpalīdzīgs. Ir divas koda daļas: pirmā ir pitona kods, kas pārvērš burtu ascii binārajā kodā un sūta to pa bitam uz arduino, bet otrā ir arduino kods, kas izplūst attiecīgajos burbuļos. Šī blokshēma izskaidro arduino koda principu:

6. darbība: video

Darba projekts!

7. solis: uzlabojumi

Projektu var uzlabot vairākos veidos. Pirmkārt, burbuļu skaitu uz līnijas var viegli palielināt. To var izdarīt, ņemot garākus bināros kodus, piemēram, ierakstot divus burtus pie ieraksta, nevis vienu. Pēc tam ASCII kods būs divas reizes garāks.

Vissvarīgākais uzlabojums būtu spēja aizpildīt burbuļus ne tikai gar x asi, bet arī gar y asi. Tāpēc burbuļu pildīšana tiktu veikta 2D, nevis 1D. Vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir mainīt burbuļpapīra augstumu, nevis pacelt un nolaist motoru. Tas nozīmētu nevis pakārt burbuļpapīra turētāja malu uz plāksnes, bet gan uz 3D drukāta atbalsta. Šis atbalsts būtu savienots ar vītņotu stieni, pats savienots ar pakāpju motoru.

8. darbība: radušās problēmas

Galvenā problēma, kas mums bija jārisina, ir elektromagnēts. Patiešām, lai izvairītos no apgrūtinoša un smaga trešā dzinēja, elektromagnēts šķita ideāls kompromiss. Pēc dažiem testiem stīvums pastāvīgi izrādījās pārāk zems. Tātad bija jāpievieno otrs pavasaris. Turklāt tas var pārvietot tikai ļoti vieglas kravas. Bija jāpārskata dažādu elementu izvietojums.

Problēma bija arī šļirces sūknis. Pirmkārt, bija jāmodelē detaļa, kuru var piestiprināt pie bezgalīgā stieņa un vienlaikus piespiest virzuli. Otrkārt, stresa sadalījums bija svarīgs, lai izvairītos no detaļu plīsuma. Turklāt divi soļu motori nav vienādi: tiem nav vienādu īpašību, kas lika mums pievienot sprieguma dalītāju. Mums bija jāizmanto ūdens krāsa (mūsu gadījumā atšķaidīta guaša), jo pārāk bieza krāsa neiet caur adatu un izraisīs pārāk lielu spiediena zudumu caurulē.