Bubble Wrap Painter: 8 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Ca parte a cursului nostru de master 1 "Mecatronică 1 - MECA-Y403" de la ULB, ni s-a cerut să proiectăm un robot care îndeplinește o funcție specifică și să creăm un site web care să rezume proiectarea robotului, începând cu alegerea materialelor, modelarea, realizarea și codul care permit întregului sistem să funcționeze. Întregul grup a ales în unanimitate să realizeze robotul „Bubble Wrap Painter”.

„Bubble Wrap Painter” este un dispozitiv capabil să injecteze vopsea în unele bule ale foliei cu bule de la un control de tensiune furnizat de computer. Inițial, robotul a trebuit să poată injecta lichidul într-un plan 2D pentru a genera un desen spot. Cu toate acestea, din motive economice și practice, grupul s-a retras pentru a injecta vopsea pe o traiectorie 1D. Robotul funcționează după cum urmează: un sistem cu șurub melcat este utilizat pentru a apăsa pistonul unei seringi umplute inițial cu vopsea. Seringa este conectată la un tub flexibil din polipropilenă care permite vopseaua să fie condusă la un vârf metalic atașat la modulul mobil. Acest modul este capabil să alunece de-a lungul unei axe orizontale, din nou prin intermediul unui sistem cu viermi. Vârful, pe de altă parte, este atașat la un electromagnet liniar care este, de asemenea, atașat la modulul mobil. Electromagnetul este folosit pentru a înțepa învelișul cu bule fixat pe o placă verticală. Odată ce bula este străpunsă, vopseaua este injectată în ea și așa mai departe.

Pasul 1: Descrierea pieselor și instrumentelor

CUMPĂRARE

2 cuplaje cu grinzi de 5 mm la 6 mm

1 seringă de 10 ml (7, 5 cm lungime)

1 țeavă din polipropilenă flexibilă cu diametrul de 4mm

1 ac cu capacul de siguranță

Gouache diluat cu apă

2 tije filetate: diametru 6mm și 18, 5cm lungime

2 tije netede de 8 mm diametru și 21 cm lungime

2 tije netede de 8 mm diametru și 10 cm lungime

Folie cu bule

ELECTRONICĂ

1 panou

1 arduino

1 motor pas cu pas

1 motor pas cu pas RS PRO Hybrid, Magnet permanent Motor pas cu pas 1,8 °, 0,22 Nm, 2,8 V, 1,33 A, 4 fire

2 microîntrerupător V-156-1C25

1 electromagnet ZYE1-0530

Alimentare electrică

2 conectori pentru banane

45 fire jumper

6 cabluri conductoare

Dioda 1N4007

Tranzistor IRF5402

3 rezistențe 4, 7 kohm

2 drivere DRV8825

1 buton comutator

ȘURUB, NUTURI ȘI FIXAȚII

42 șuruburi M3 16 mm lungime

4 șurub M3 lungime 10 mm

4 șuruburi M4 16 mm lungime

2 șuruburi M2, 5 16 mm lungime

52 nuci corespunzătoare

2 șaibă simplă din oțel M3

INSTRUMENTE UTILIZATE

Mașină de tăiat cu laser

Imprimantă 3D (Ultimaker 2 sau Prusa)

Şurubelniţă

Pasul 2: Fișiere CAD

TAIERE LASER cu grosimea de 3 mm

-plăci de susținere

-sprijin pentru ridicarea comutatorului

-sprijin mobil pentru ac

-port titular de bule

-4 suport de înălțare

PRINTARE 3D

-asistență pentru motor

-susține tija filetată

-pompă de seringă

-sprijin pentru ac

-asistență pentru seringă

Pasul 3: Asamblare

Pentru început, am proiectat o bază de lemn formată din 3 elemente diferite: o placă de jos, o placă verticală și o placă triunghiulară pentru a ține totul împreună.

Puteți vedea în imagine că diferitele plăci au modele repetate în formă de T. Aceste modele sunt utilizate pentru a fixa ansamblul și a permite baza să fie robustă. Cele două comutatoare sunt plasate pe piston și pe modulul mobil. Acest lucru permite să se ofere, respectiv, o referință la extinderea maximă a pistonului și o referință la poziția extremă dreaptă a modulului mobil.

În plus, motoarele pas cu pas sunt fixate cu patru șuruburi pe un suport creat cu o imprimantă 3D. Pe acest suport, două găuri perpendiculare permit fixarea pe placa verticală. Tijele filetate conectate la cele două axe de rotație ale motoarelor, precum și cele patru bare netede sunt ținute de suporturi suplimentare situate la antipodul motoarelor. În plus, conectorii sunt utilizați pentru a fixa tija filetată pe axa de rotație a motoarelor pas cu pas.

Seringa este, de asemenea, fixată cu un suport care este înșurubat pe placa orizontală. Pistonul său poate fi presat cu ajutorul unei piese trapezoidale care rulează de-a lungul tijei filetate pe măsură ce se rotește. Această parte are o gaură în interiorul său, care este prevăzută cu o piuliță. Această piuliță permite mișcarea părții trapezoidale.

Tubul este conectat la seringă prin simpla conectare la capătul seringii. Celălalt capăt al tubului este blocat în inelul unei mici piese albe PLA. Vârful metalic care inițial făcea parte din seringă a fost, de asemenea, prins pe capătul tubului. Am adăugat capacul seringii la ac pentru a umple mai bine diametrul piesei albe. Capacul are o gaură la capăt pentru a permite trecerea vârfului acului. Această mică parte albă este înșurubată cu două șuruburi pe placa glisantă a modulului mobil.

Modulul mobil este format dintr-un set de piese din lemn fixate în același mod ca plăcile care alcătuiesc baza. Modulul formează o cutie cu trei găuri pentru a accepta cele două bare netede și tija filetată. În interiorul acestei cutii sunt două piulițe care permit deplasarea modulului. Placa superioară a modulului alunecă de-a lungul a două bare netede. În centrul intern al modulului, o placă fixă ține electromagnetul liniar. Acest lucru permite plăcii glisante să facă mișcări liniare înainte și înapoi.

Există două console din lemn care permit fixarea a două limbi perforate direct pe placa verticală folosind șaibe blocate de șuruburi. Aceste două file fixează o bandă de folie cu bule în centrul lor. Hârtia cu bule de aici conține șapte bule care corespund celor 7 biți codați de computer.

Pe cealaltă parte a plăcii verticale se află PCB și arduino. PCB-ul este lipit de placa orizontală prin intermediul unui sistem de lipire care este prezent inițial, iar arduino-ul este înșurubat pe placa inferioară. În plus, există un separator rezistiv conectat la PCB care este înșurubat la partea triunghiulară din lemn. (IMAGINE: partea din spate a sistemului)

* Fiecare dintre șuruburile care fac parte din sistem este consolidat cu șuruburi adecvate.

Pasul 4: Electronice și senzori

Trebuie să cunoaștem poziția motorului pas cu pas superior atunci când pictorul cu folie de bule începe să atingă pozițiile exacte ale bulelor. Acesta este obiectivul primului comutator. De fiecare dată când dispozitivul trasează o linie, motorul se rotește până când comutatorul schimbă starea.

Avem nevoie de un alt comutator pentru a ști când stepperul care împinge seringa a ajuns la capătul pistonului. Al doilea comutator este utilizat pentru a opri sistemul când seringa este goală. Un al treilea comutator opțional poate continua pictura atunci când seringa a fost umplută. Aceste comutatoare utilizează tensiuni reduse și pot fi alimentate direct de către arduino. Cele două motoare pas cu pas și magnetul au nevoie de mai multă putere și sunt furnizate de un generator de energie care furnizează 12V și 1A. Doi drivere de motor pas cu pas DRV8825 transformă semnalele de la arduino într-un curent pentru motoare. Aceste drivere trebuie calibrate. Calibrarea se face prin rotirea unui pas cu viteză constantă și reglarea șurubului șoferului până când cuplul este suficient pentru a mișca lin acul și suportul. Ultimul element este electromagnetul. Un rezistor de tragere este folosit pentru a reseta MOSFET-ul atunci când nu este trimis curent de către arduino. Pentru a proteja celelalte piese electronice, o diodă flyback este adăugată și electromagnetului. Mosfetul comută magnetul între stările înalte și cele joase.

Pasul 5: Cod Python

Pentru comunicarea dintre computer și arduino folosind python, ne-am bazat pe codurile furnizate pe acest forum:

Pentru a controla motorul pas cu pas, acest site a fost foarte util: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Și pentru a înțelege elementele de bază ale arduino, „cartea proiectelor arduino” a fost, de asemenea, foarte util. Există două părți ale codului: prima este un cod python care convertește o literă în codul binar ascii și o trimite bit cu bit către arduino, iar a doua este un cod arduino care pică în bulele corespunzătoare. Următoarea diagramă explică principiul codului arduino:

Pasul 6: Video

Proiectul de lucru!

Pasul 7: Îmbunătățiri

Proiectul poate fi îmbunătățit în mai multe moduri. În primul rând, numărul de bule pe o linie poate fi ușor mărit. Acest lucru se poate face luând coduri binare mai lungi, scriind două litere la intrare în loc de una de exemplu. Codul ASCII va fi apoi de două ori mai lung.

Cea mai importantă îmbunătățire ar fi să puteți completa bulele nu numai de-a lungul axei x, ci și de-a lungul axei y. Prin urmare, umplerea cu bule se va face în 2D în loc de 1D. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este să variați înălțimea hârtiei cu bule, în loc să ridicați și să coborâți motorul. Acest lucru ar însemna să nu atârnați marginea suportului de hârtie cu bule pe placă, ci pe un suport imprimat 3D. Acest suport ar fi conectat la o tijă filetată, ea însăși conectată la un motor pas cu pas.

Pasul 8: Probleme întâmpinate

Principala problemă cu care am avut de-a face este electromagnetul. Într-adevăr, pentru a evita un al treilea motor greoi și greoi, electromagnetul părea să fie compromisul perfect. După unele teste, rigiditatea sa dovedit constant a fi prea mică. Așa că a trebuit adăugată o a doua primăvară. Mai mult, poate muta doar sarcini foarte ușoare. Aranjamentul diferitelor elemente trebuia revizuit.

Pompa seringii a fost, de asemenea, o problemă. În primul rând, a trebuit modelată o piesă care să poată fi agățată de tija interminabilă și să împingă pistonul în același timp. În al doilea rând, distribuția tensiunii a fost importantă pentru a evita ruperea piesei. Mai mult, cele 2 motoare pas cu pas nu sunt aceleași: nu au aceleași caracteristici, ceea ce ne-a obligat să adăugăm un divizor de tensiune. A trebuit să folosim vopsea cu apă (guașă diluată în cazul nostru), deoarece o vopsea prea groasă nu ar trece în ac și ar cauza pierderi prea mari de presiune în țeavă.