Художник за опаковане на балончета: 8 стъпки

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:59

Като част от нашия курс „Мехатроника 1 - MECA -Y403“Master 1 в ULB, бяхме помолени да проектираме робот, изпълняващ определена функция, и да създадем уеб сайт, обобщаващ дизайна на робота, започвайки с избора на материали, моделиране, реализация и код, позволяващи цялата система да работи. Цялата група единодушно избра да реализира робота "Bubble Wrap Painter".

"Bubble Wrap Painter" е устройство, способно да инжектира боя в някои мехурчета от обвивката от балончета от контрола на напрежението, доставен от компютъра. Първоначално роботът трябваше да може да инжектира течността в 2D равнина, за да генерира точково рисуване. По икономически и практически причини обаче групата се е оттеглила, за да инжектира боя по 1D траектория. Роботът работи по следния начин: червячна винтова система се използва за натискане на буталото на спринцовка, първоначално пълна с боя. Спринцовката е свързана с гъвкава полипропиленова тръба, която позволява боята да се поведе към метален връх, прикрепен към мобилния модул. Този модул може да се плъзга по хоризонтална ос, отново чрез червячна система. Върхът, от друга страна, е прикрепен към линеен електромагнит, който също е прикрепен към мобилния модул. Електромагнитът се използва за убождане на балончетата, фиксирани върху вертикална плоча. След като мехурчето се пробие, боята се инжектира в него и така нататък.

Стъпка 1: Описание на частите и инструментите

ПОКУПКА

2 греди за греди 5 мм до 6 мм

1 спринцовка от 10 ml (7, 5 cm дълга)

1 тръба от гъвкав полипропилен с диаметър 4 мм

1 игла с предпазната му капачка

Гуаш, разреден с вода

2 пръта с резба: диаметър 6 мм и дължина 18, 5 см

2 гладки пръта с диаметър 8 мм и дължина 21 см

2 гладки пръта с диаметър 8 мм и дължина 10 см

Обвивка с балончета

ЕЛЕКТРОНИКА

1 макет

1 arduino

1 стъпков двигател

1 стъпков двигател RS PRO хибриден, стъпков двигател с постоянен магнит 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 проводника

2 микро превключвателя V-156-1C25

1 електромагнит ZYE1-0530

Захранване

2 конектора за банан

45 джъмперни проводници

6 проводящи кабела

Диод 1N4007

Транзистор IRF5402

3 резистора 4, 7 kohm

2 драйвера DRV8825

1 превключвател с бутон

ВИНТ, ГАЙКИ И ФИКСАЦИИ

42 винта M3 с дължина 16 мм

4 винта M3 с дължина 10 мм

4 винта M4 с дължина 16 мм

2 винта M2, 5 с дължина 16 мм

52 съответни гайки

2 стоманена обикновена шайба M3

ИЗПОЛЗВАНИ ИНСТРУМЕНТИ

Машина за лазерно рязане

3D принтер (Ultimaker 2 или Prusa)

Отвертка

Стъпка 2: CAD файлове

ЛАЗЕРНО РЕЗАНЕ с дебелина 3 мм

-поддържащи плочи

-поддръжка за повдигане на превключвателя

-подвижна опора за иглата

-държач за мехурчета

-4 увеличаваща се опора

3D ПЕЧАТ

-поддръжка за мотора

-поддържа резбования прът

-помпа за спринцовки

-поддръжка за иглата

-поддръжка за спринцовката

Стъпка 3: Монтаж

Като начало, ние проектирахме дървена основа, съставена от 3 различни елемента: долна плоча, вертикална плоча и триъгълна плоча, която да държи всичко заедно.

Можете да видите на снимката, че различните плочи имат повтарящи се Т-образни шарки. Тези модели се използват за фиксиране на монтажа и позволяват основата да бъде здрава. Двата превключвателя са поставени на буталото и на мобилния модул. Това позволява да се даде съответно справка за максималното разширение на буталото и справка за крайното дясно положение на подвижния модул.

В допълнение, стъпковите двигатели са фиксирани с четири винта към опора, създадена с 3D принтер. На тази опора два перпендикулярни отвора позволяват фиксирането към вертикалната плоча. Резбовите пръти, свързани към двете оси на въртене на двигателите, както и четирите гладки пръти се държат от допълнителни опори, разположени на антипода на двигателите. В допълнение към това се използват съединители за фиксиране на резбования прът към оста на въртене на стъпковите двигатели.

Спринцовката също е фиксирана със скоба, която се завинтва върху хоризонталната плоча. Неговото бутало може да бъде натиснато с помощта на трапецовидно парче, което минава по протежение на резбования прът, докато се върти. Тази част има отвор във вътрешността си, който е снабден с гайка. Тази гайка позволява на трапецовидната част да се движи.

Тръбата е свързана със спринцовката, като просто я включите в края на спринцовката. Другият край на тръбата е залепен в пръстена на малко бяло парче PLA. Металният връх, който първоначално е бил част от спринцовката, също е щракнат върху края на епруветката. Добавихме капачката на спринцовката към иглата, за да запълним по -добре диаметъра на бялото парче. Капачката има отвор в края, за да позволи на върха на иглата да премине. Тази малка бяла част се завинтва с два винта върху плъзгащата се плоча на мобилния модул.

Мобилният модул се състои от набор от дървени части, фиксирани по същия начин като плочите, които съставляват основата. Модулът образува кутия с три отвора, за да приеме двете гладки пръти и пръта с резба. Вътре в тази кутия има две гайки, които позволяват преместването на модула. Горната плоча на модула се плъзга по две гладки пръти. Във вътрешния център на модула има фиксирана плоча, която държи линейния електромагнит. Това позволява на плъзгащата се плоча да прави линейни движения напред и назад.

Има две дървени скоби, които позволяват да се фиксират два перфорирани езика директно към вертикалната плоча с помощта на шайби, блокирани от винтовете. Тези два раздела вклиняват в центъра си лента от мехурчеста обвивка. Хартиената хартия тук съдържа седем мехурчета, съответстващи на 7 -те бита, кодирани от компютъра.

От другата страна на вертикалната плоча са PCB и arduino. ПХБ се залепва към хоризонталната плоча посредством първоначално налична система за залепване и arduino се завинтва към долната плоча. В допълнение към това има резистивен разделител, свързан към печатната платка, който е завинтен към дървената триъгълна част. (СНИМКА: задната част на системата)

*Всеки от винтовете, които са част от системата, се консолидира с подходящи болтове.

Стъпка 4: Електроника и сензори

Трябва да знаем позицията на горния стъпков двигател, когато бояджийският боляр започва да достига точните позиции на мехурчетата. Това е целта на първия превключвател. Всеки път, когато устройството чертае линия, двигателят се върти, докато превключвателят промени състоянието си.

Нуждаем се от друг превключвател, за да знаем кога стъпалото, натискащо спринцовката, е достигнало края на буталото. Вторият превключвател се използва за спиране на системата, когато спринцовката е празна. Трети по избор превключвател може да продължи боядисването, когато спринцовката е напълнена. Тези превключватели използват ниско напрежение и могат да се доставят директно от arduino. Двата стъпкови двигателя и магнитът се нуждаят от повече мощност и се захранват от генератор на мощност, доставящ 12V и 1A. Два драйвера на стъпкови двигатели DRV8825 трансформират сигналите от arduino в ток за двигателите. Тези драйвери трябва да бъдат калибрирани. Калибрирането се извършва чрез завъртане на една стъпка с постоянна скорост и регулиране на винта на водача, докато въртящият момент е достатъчен за плавно придвижване на иглата и опората. Последният елемент е електромагнитът. Един резистор за изтегляне се използва за нулиране на MOSFET, когато от arduino не се изпраща ток. За да се защитят другите части на електрониката, към електромагнита се добавя и обратен диод. MOSFET превключва магнит между високо и ниско състояние.

Стъпка 5: Python код

За комуникацията между компютъра и arduino, използвайки python, ние се основавахме на кодовете, предоставени на този форум:

За да управлявате стъпковия двигател, този сайт беше много полезен: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ И за да разберете основите на arduino, „книгата за проекти на arduino“също беше много полезно. Има две части на кода: първата е код на python, който преобразува буква в двоичния код на ascii и я изпраща по малко към arduino, а втората е код на arduino, който се разпръсква в съответните балони. Следващата диаграма обяснява принципа на кода arduino:

Стъпка 6: Видео

Работещият проект!

Стъпка 7: Подобрения

Проектът може да бъде подобрен по няколко начина. Първо, броят на мехурчетата по една линия може лесно да се увеличи. Това може да стане, като се вземат по -дълги двоични кодове, като се напишат две букви на входа вместо една например. След това кодът ASCII ще бъде два пъти по -дълъг.

Най-важното подобрение би било да може да се запълват мехурчетата не само по оста x, но и по оста y. Следователно запълването на балончета ще се извършва в 2D вместо в 1D. Най -лесният начин да направите това е да промените височината на хартиената хартия, вместо да повдигате и спускате двигателя. Това би означавало да не окачвате ръба на държача за мехурчеста хартия върху плочата, а върху 3D отпечатана подложка. Тази опора ще бъде свързана с резбован прът, който сам е свързан със стъпков двигател.

Стъпка 8: Срещани проблеми

Основният проблем, с който трябваше да се справим, е електромагнитът. Всъщност, за да се избегне тромав и тежък трети двигател, електромагнитът изглеждаше перфектният компромис. След някои тестове твърдостта постоянно се оказва твърде ниска. Така че трябваше да се добави втора пружина. Освен това той може да премества само много леки товари. Подредбата на различните елементи трябваше да бъде преразгледана.

Помпата на спринцовката също беше проблем. Първо, трябваше да се моделира част, която може да бъде закачена към безкрайния прът и да натисне буталото едновременно. Второ, разпределението на напрежението е важно, за да се избегне счупването на детайла. Освен това 2 -те стъпкови двигателя не са еднакви: те нямат същите характеристики, което ни принуди да добавим делител на напрежение. Трябваше да използваме водна боя (разреден гваш в нашия случай), защото твърде дебелата боя няма да премине в иглата и би причинила твърде голяма загуба на налягане в тръбата.