Pelukis Balut Bubble: 8 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Sebagai sebahagian daripada kursus Master 1 "Mekatronik 1 - MECA-Y403" di ULB, kami diminta merancang robot yang menjalankan fungsi tertentu dan membuat laman web yang merangkum reka bentuk robot, bermula dengan pilihan bahan, pemodelan, realisasi dan kod yang membolehkan keseluruhan sistem berfungsi. Seluruh kumpulan sebulat suara memilih untuk merealisasikan robot "Bubble Wrap Painter".

"Bubble Wrap Painter" adalah alat yang mampu menyuntikkan cat ke dalam beberapa gelembung gelembung gelembung dari kawalan voltan yang dibekalkan oleh komputer. Pada mulanya, robot harus dapat menyuntikkan cecair dalam satah 2D untuk menghasilkan lukisan tempat. Walau bagaimanapun, atas alasan ekonomi dan praktikal, kumpulan ini menarik diri untuk menyuntik cat pada lintasan 1D. Robot berfungsi seperti berikut: sistem skru cacing digunakan untuk menekan pelocok jarum suntik yang pada mulanya dipenuhi cat. Jarum suntikan disambungkan ke tiub polipropilena fleksibel yang membolehkan cat dibawa ke hujung logam yang dipasang pada modul mudah alih. Modul ini dapat meluncur di sepanjang paksi mendatar, sekali lagi dengan menggunakan sistem cacing. Hujungnya, sebaliknya, dilekatkan pada elektromagnet linier yang juga dipasang pada modul mudah alih. Elektromagnet digunakan untuk menusuk balutan gelembung yang terpaku pada plat menegak. Setelah gelembung dicucuk, cat disuntik ke dalamnya dan seterusnya.

Langkah 1: Huraian Bahagian dan Alatan

PEMBELIAN

2 Rasuk Gandingan 5mm hingga 6mm

1 jarum suntik 10 ml (panjang 7, 5 cm)

1 paip dalam polipropilena fleksibel dengan diameter 4mm

1 jarum dengan penutup keselamatannya

Gouache dicairkan dengan air

2 batang berulir: diameter 6mm dan panjang 18, 5cm

2 batang licin berdiameter 8mm dan panjang 21 cm

2 batang licin berdiameter 8mm dan panjang 10 cm

Balut gelembung

ELEKTRONIK

1 papan roti

1 arduino

1 motor stepper

1 motor stepper RS PRO Hybrid, Magnet Kekal Stepper Motor 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 Wires

2 suis mikro V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Bekalan kuasa

2 penyambung pisang

45 wayar pelompat

6 kabel konduktif

Diod 1N4007

Transistor IRF5402

3 perintang 4, 7 kohm

2 pemacu DRV8825

1 suis butang tekan

SCREW, NUTS DAN FIXATIONS

42 skru M3 16 mm panjang

4 skru M3 10 mm panjang

4 skru panjang M4 16 mm

2 skru M2, 5 16 mm panjang

52 kacang yang sepadan

2 mesin basuh keluli biasa M3

ALAT YANG DIGUNAKAN

Mesin pemotong laser

Pencetak 3D (Ultimaker 2 atau Prusa)

Pemutar skru

Langkah 2: Fail CAD

LASER CUTTING dengan ketebalan 3 mm

-pinggan sokongan

-sokongan untuk mengangkat suis

-menyokong sokongan untuk jarum

- pemegang gelembung

-4 sokongan yang tinggi

PERCETAKAN 3D

-sokongan untuk motor

-menyokong batang berulir

-syringe pump

-menyokong jarum

-menyokong jarum suntik

Langkah 3: Perhimpunan

Sebagai permulaan, kami merancang asas kayu yang terdiri daripada 3 elemen berbeza: plat bawah, plat menegak dan plat segitiga untuk menyatukan semuanya.

Anda dapat melihat dalam gambar bahawa pelat yang berlainan mempunyai corak berbentuk T berulang. Corak ini digunakan untuk memperbaiki pemasangan dan membiarkan pangkalannya kukuh. Kedua-dua suis diletakkan pada omboh dan modul mudah alih. Ini memungkinkan untuk memberikan rujukan masing-masing pada pengembangan maksimum piston dan rujukan pada kedudukan paling kanan modul mudah alih.

Sebagai tambahan, motor stepp dipasang dengan empat skru pada sokongan yang dibuat dengan pencetak 3D. Pada sokongan ini, dua lubang tegak lurus membenarkan pelekapan ke plat menegak. Batang berulir yang disambungkan ke dua paksi putaran motor dan juga empat batang licin dipegang oleh sokongan tambahan yang terletak di antipod motor. Selain itu, penyambung digunakan untuk memasang batang berulir ke paksi putaran motor stepp.

Jarum suntik juga dipasang dengan pendakap yang disekat ke plat mendatar. Pelocoknya dapat ditekan dengan menggunakan sekeping trapezoid yang berjalan di sepanjang batang berulir semasa ia berputar. Bahagian ini mempunyai lubang di bahagian dalamnya yang dilengkapi dengan kacang. Nut ini membolehkan bahagian trapezoid bergerak.

Tiub disambungkan ke picagari dengan hanya memasukkannya ke hujung jarum suntik. Hujung tiub yang lain tersangkut di cincin sekeping PLA putih kecil. Ujung logam yang pada awalnya merupakan bahagian jarum suntik juga telah terpaut pada hujung tiub. Kami telah menambahkan penutup jarum suntik ke jarum untuk mengisi diameter kepingan putih dengan lebih baik. Tutupnya mempunyai lubang di hujungnya untuk membolehkan hujung jarum melewati. Bahagian putih kecil ini dilekatkan dengan dua skru pada plat gelangsar modul mudah alih.

Modul mudah alih terdiri daripada satu set bahagian kayu yang dipasang sama dengan plat yang membentuk pangkalan. Modul membentuk kotak dengan tiga lubang untuk menerima dua batang halus dan batang berulir. Di dalam kotak ini terdapat dua kacang yang membolehkan modul dipindahkan. Plat atas modul meluncur di sepanjang dua batang halus. Di pusat dalaman modul di sana, plat tetap memegang elektromagnet linier. Ini membolehkan plat gelongsor membuat pergerakan linier berulang-alik.

Terdapat dua pendakap kayu yang membolehkan dua lidah berlubang dipasang terus ke plat menegak menggunakan mesin basuh yang disekat oleh skru. Kedua-dua tab ini menambal sehelai balutan gelembung di tengahnya. Kertas gelembung di sini mengandungi tujuh gelembung yang sepadan dengan 7 bit yang dikodkan oleh komputer.

Di sisi lain plat menegak adalah PCB dan arduino. PCB dilekatkan pada plat mendatar dengan menggunakan sistem perekatan yang pada awalnya ada dan arduino disekat ke plat bawah. Di samping itu, terdapat pembahagi resistif yang disambungkan ke PCB yang disekat ke bahagian segitiga kayu. (GAMBAR: belakang sistem)

* Setiap skru yang merupakan bahagian sistem disatukan dengan baut yang sesuai.

Langkah 4: Elektronik dan Sensor

Kita perlu mengetahui kedudukan motor stepper atas ketika pelukis pembalut gelembung mula mencapai kedudukan gelembung yang tepat. Ini adalah objektif suis pertama. Setiap kali peranti melukis garis, motor berputar sehingga suis berubah keadaan.

Kami memerlukan suis lain untuk mengetahui bila stepper yang menekan jarum suntik telah mencapai hujung omboh. Suis kedua digunakan untuk menghentikan sistem apabila jarum suntik kosong. Suis pilihan ketiga dapat meneruskan lukisan apabila jarum suntik diisi. Suis ini menggunakan voltan rendah dan boleh dibekalkan secara langsung oleh arduino. Motor stepper dan magnet memerlukan lebih banyak kuasa dan dibekalkan oleh penjana kuasa yang menghasilkan 12V dan 1A. Dua pemacu motor stepper DRV8825 mengubah isyarat dari arduino menjadi arus untuk motor. Pemacu ini perlu dikalibrasi. Penentukuran dilakukan dengan membuat satu stepper berputar pada kelajuan tetap dan menyesuaikan skru pemandu sehingga tork mencukupi untuk menggerakkan jarum dan penyokong dengan lancar. Unsur terakhir ialah elektromagnet. One pull down resistor digunakan untuk mengatur semula mosfet apabila arus tidak dihantar oleh arduino. Untuk melindungi bahagian elektronik yang lain, dioda flyback juga ditambahkan pada elektromagnet. Mosfet menukar magnet antara keadaan tinggi dan rendah.

Langkah 5: Kod Python

Untuk komunikasi antara komputer dan arduino menggunakan python, kami menggunakan kod yang disediakan di forum ini:

Untuk mengawal motor stepper, laman web ini sangat membantu: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Dan untuk memahami asas-asas arduino, 'buku projek arduino' juga sangat membantu. Terdapat dua bahagian kod: yang pertama adalah kod python yang menukar huruf dalam kod binari ascii dan mengirimkannya sedikit demi sedikit ke arduino, dan yang kedua adalah kod arduino yang berputar di gelembung yang sesuai. Carta alir berikut menerangkan prinsip kod arduino:

Langkah 6: Video

Projek yang berfungsi!

Langkah 7: Penambahbaikan

Projek ini dapat diperbaiki dengan beberapa cara. Pertama, bilangan gelembung pada sebatang dapat ditingkatkan dengan mudah. Ini boleh dilakukan dengan mengambil kod binari yang lebih lama, dengan menulis dua huruf pada entri dan bukannya satu contohnya. Kod ASCII kemudian akan dua kali lebih lama.

Penambahbaikan yang paling penting ialah mengisi gelembung bukan sahaja di sepanjang paksi-x tetapi juga di sepanjang paksi-y. Oleh itu, pengisian gelembung akan dilakukan dalam 2D dan bukannya 1D. Cara termudah untuk melakukan ini adalah dengan mengubah ketinggian kertas gelembung, bukannya menaikkan dan menurunkan motor. Ini bermaksud tidak menggantung tepi pemegang kertas gelembung di piring tetapi pada sokongan dicetak 3D. Sokongan ini akan disambungkan ke batang berulir, yang tersambung ke motor stepper.

Langkah 8: Masalah Yang Dialami

Masalah utama yang harus kita hadapi ialah elektromagnet. Sesungguhnya, untuk mengelakkan enjin ketiga yang rumit dan berat, elektromagnet nampaknya merupakan kompromi yang sempurna. Selepas beberapa ujian, kekakuan sentiasa terbukti terlalu rendah. Jadi musim bunga kedua mesti ditambah. Lebih-lebih lagi, ia hanya dapat memindahkan beban yang sangat ringan. Susunan elemen yang berlainan harus disemak semula.

Pam picagari juga menjadi masalah. Pertama, bahagian harus dimodelkan yang dapat disambungkan ke batang yang tidak berkesudahan dan menekan pelocok pada masa yang sama. Kedua, taburan tekanan adalah penting untuk mengelakkan pecah bahagian. Lebih-lebih lagi, motor 2 stepper tidak sama: mereka tidak mempunyai ciri yang sama, apa yang memaksa kita menambahkan pembahagi voltan. Kami terpaksa menggunakan cat air (cairan gouache yang dicairkan), kerana cat yang terlalu tebal tidak akan masuk ke dalam jarum dan akan menyebabkan kehilangan tekanan pada paip.