The Dispenser Filamen Robotik untuk Arduino: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

Mengapa alat bermotor

Filamen pencetak 3D - biasanya hampir kuat - ditarik oleh penyemperit semasa gulungan diletakkan berdekatan dengan pencetak, bebas untuk dipusingkan. Saya telah melihat perbezaan yang signifikan dalam tingkah laku bahan bergantung pada tahap penggunaan, yang disebut pada filamen 1Kg. Spool filamen baru (penuh) mengalir hampir dengan baik tetapi daya yang digunakan oleh extruder harus relatif relevan: beratnya sekurang-kurangnya 1.5 Kg.

Motor extruder (kebanyakannya adalah stepa Nema17) mempunyai kekuatan yang cukup untuk melakukan tugas itu tetapi kedua-dua gear extruder mendorong filamen ke sisi panas semasa bekerja mengumpul zarah filamen kerana daya yang dikenakan; ini memerlukan penyelenggaraan extruder yang kerap untuk mengelakkan penyumbatan muncung. Zarah-zarah ini cenderung melepaskan dan mencampurkan dengan filamen bersih semasa memberi makan, meningkatkan masalah muncung dan keausan muncung yang lebih kerap; ini berlaku lebih kerap dengan muncung berdiameter 0,3 mm.

Apabila gulungan filamen separuh digunakan atau lebih banyak lingkarannya menjadi lebih kecil dan dalam beberapa keadaan persekitaran filamen cenderung pecah terlalu kerap. Pekerjaan cetak panjang menjadi kurang dipercayai dan memberi tekanan; Saya tidak boleh membiarkan pencetak bekerja sendiri sepanjang malam tanpa mengendalikannya. Oleh itu, mengawal umpan filamen oleh tokoh motor menyelesaikan beberapa masalah.

Kit ini boleh didapati di Tindie.com

Langkah 1: Kandungan Kit

Kit ini merangkumi semua bahagian dan mekanik bercetak 3D untuk memasang dispenser filamen bermotor. Terdapat dua bahagian pilihan: motor dan papan pengawal motor.

Dalam persediaan saya, saya telah menggunakan motor berus gigi 12L McLennan tetapi mana-mana motor berdiameter 37 mm yang digerakkan dapat dipasang dengan betul di dalam sokongan motor.

Persembahan terbaik dicapai dengan perisai TLE94112LE Arduino oleh Infineon (ulasan penuh di sini); papan pengawal motor DC ini dapat menyokong sehingga 6 kit dispenser robot yang berbeza pada masa yang sama.

Saya telah menguji keseluruhan sistem pada kedua-dua Arduino UNO R3 dan Arduino board XMC1100 boot kit oleh Infineon dan sistem ini sangat responsif dengan kedua-dua papan pengawal mikro.

Penggunaan pelindung TLE94112LE dicadangkan tetapi tidak mustahak. Mana-mana pengawal motor DC untuk Arduino - termasuk projek anda sendiri! - boleh berfungsi dengan baik dengan alat ini

Kit terbahagi kepada dua set komponen kerana dua bahagian dibina untuk bekerjasama. Platform asas, akan menyokong gulungan filamen berputar pada empat galas roda bebas. Pangkalan dipasang ke sensor berat untuk mengawal mekanisme putaran yang memicu pengaktifannya serta memantau keadaan filamen: berat, meter dan peratusan. Banyak maklumat serta set arahan lengkap dapat diakses dari Arduino melalui terminal bersiri.

Alat yang anda perlukan

Untuk menyelesaikan pemasangan, anda memerlukan gam plastik yang kuat untuk beberapa bahagian, pemutar skru dan satu set skru Allen.

Langkah 2: Projek dan Reka Bentuk

Projek ini merupakan evolusi ketiga dari siri dispenser filamen pencetak 3D Beberapa waktu yang lalu saya membuat asas berputar untuk mengoptimumkan aliran filamen ketika ditarik oleh penyemprot pencetak 3D.

Model kedua termasuk sensor berat untuk memantau penggunaan filamen secara real time dengan papan Arduino. Projek terakhir ini merangkumi pelepasan filamen automatik bergantung pada keperluan pekerjaan pencetak 3D. Ini berdasarkan variasi berat maya ketika extruder mula menarik filamen. Acara ini mencetuskan pengawal mikro melalui sensor berat dan gulungan filamen bermotor mula melepaskan beberapa inci bahan kemudian melambatkan dan berhenti.

Komponen telah dieksport dalam format STL dan dicetak 3D, kemudian disempurnakan dan dipasang bersama. Saya telah membuat sokongan khas untuk menyelaraskan bahagian gerakan ke pangkalan. Rel Aluminium yang lebih panjang juga digunakan untuk menyokong Arduino dan pelindung motor untuk menjadikan keseluruhan alat padat dan mudah bergerak.

Membuat reka bentuk saya mengikuti beberapa andaian:

• Menjadikan mesin automatik hampir mudah dan senang dihasilkan semula
• Kurangkan sebanyak mungkin bilangan komponen yang tidak boleh dicetak 3D untuk membuatnya
• Kurangkan seberapa banyak tekanan yang dikenakan pada alat penyemperit semasa mencetak
• Gunakan papan pengawal mikro yang murah dan mudah diprogramkan
• Gunakan sensor beban berat untuk tetap terkawal penggunaan filamen dan pemakanan filamen Menguruskan kebisingan persekitaran yang mengganggu ukuran berat filamen

Inilah hasil yang saya capai.

Langkah 3: Memasang Pangkalan

Langkah pertama ialah memasang asas dengan sensor berat.

1. Masukkan tiub paksi galas kecil di lubang galas
2. Letakkan dua cakera pemisah ke sisi galas
3. Perkenalkan komponen di dalam sokongan bantalan bersaiz "U" yang menyelaraskan lubang
4. masukkan skru Allen ke satu sisi dan mesin basuh dan mur ke sisi lain menutup mur tanpa terlalu banyak usaha

Anda harus mengulangi operasi pada keempat-empat penyokong galas. Kemudian uji pemasangan: galas harus berputar dengan bebas.

Sekarang pasangkan dengan skru Allen empat penyangga galas di pangkalan atas dengan empat lubang peraturan. Sejajarkan penyangga galas agar selari. Atur jarak bergantung pada lebar gulungan filamen anda.

Langkah seterusnya adalah memasang bar sensor berat yang menahan dasar bawah dan atas bersama-sama. Sensor berat mempunyai dua skru Allen yang berbeza di kedua-dua belah pihak dan anda harus mengarahkannya supaya label berat maksimum dapat dibaca apabila pangkal diletakkan dengan betul. Pangkalan bawah mempunyai dua lubang sisi tambahan untuk memperbaiki penguat A / D sensor berat. Penguat berdasarkan HX711 IC akan dihidupkan dan disambungkan ke papan Arduino melalui empat wayar seperti yang ditunjukkan dalam lembaran data sensor yang dilampirkan.

Langkah terakhir adalah memasang pangkalan atas yang lengkap di atas sensor berat yang sudah dipasang ke bahagian bawah.

Komponen pertama telah disediakan!

Langkah 4: Memasang Bahagian Mesin Spool Motion Engine

Prosedur yang lebih mudah untuk memasang mesin gerakan kili adalah memasang secara berasingan empat komponen terpenting kemudian menyelesaikan bangunan terakhir:

Motor DC yang diarahkan dalam kotak penghantaran motor

Motor DC harus dipasang di bahagian tengah sokongan struktur; sebelum mengacaukan motor, anda harus memutuskan bahagian mana yang menjadi pilihan anda di mana meletakkan bahagian roda gigi untuk meluruskan dengan betul kedua-dua lengan yang menahan motor dan gear besar yang digerakkan.

Gear besar yang dipacu

Gear besar harus disekat dengan blok kerucut terpotong dengan empat skru Allen. Gear ini akan disekat pada paksi berputar dengan mur; bahagian kerucut akan memegang gelendong filamen yang terkunci ke sisi lain dengan kacang kunci yang serupa di dalam blok kerucut yang lain. Penyelesaian ini tidak hanya menahan mekanisme bergerak di tempat tetapi mengarahkan semua berat ke pangkal dan itu adalah berat sistem pada sistem.

Pemegang kunci kili

Ini adalah blok kerucut terpotong yang bersama-sama dengan gear yang digerakkan sisi pengunci yang serupa akan menahan mekanisme gerakan ke gulungan filamen. Sebagai kebiasaan, gulungan filamen yang melengkapkan bangunan sementara sokongan dua lengan gerakan bebas bergerak di sisi lain.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, pemegang kunci gelendong dibina dalam dua bahagian. Mula-mula masukkan kacang M4 di bahagian blok yang lebih besar kemudian lekatkan bahagian kedua (penutup) menjaga blok bersama. Mur tetap terpenjara di dalam pemegang kunci yang akan disekat ke sumbu yang digerakkan dengan utas.

Kotak galas

Kotak galas mempunyai dua fungsi: memberikan sokongan yang baik pada gear transmisi dan gerakan yang halus dan senyap. Untuk memasang kotak galas ikuti langkah mudah berikut:

1. Skru mur M4 pertama ke salah satu daripada dua hujung paksi pemacu gelendong berulir
2. Masukkan galas pertama
3. Masukkan pemisah
4. Masukkan galas kedua
5. Skru mur kedua dan kunci perlahan-lahan. Pemisah plastik dalaman akan menentang kekuatan yang mencukupi untuk menyimpan barang-barang di tempatnya juga untuk penggunaan yang lama.
6. Masukkan galas yang dipasang di dalam kotak galas. Ia harus dilakukan secara paksa untuk memberikan hasil yang lebih baik sehingga jangan mengembang terlalu banyak bahagian dalam kotak ketika memperbaiki bahagian plastik.

Kami bersedia untuk pemasangan komponen akhir!

Langkah 5: Melengkapkan Pemasangan Mesin Gerak

Kita akan menyelesaikan pemasangan struktur maka kita boleh bergerak ke gerakan ujian. Sekarang anda memerlukan lagi beberapa gam. Kotak galas - dipasang pada langkah sebelumnya - harus dimasukkan ke dalam lubang pemegang kotak penyokong enjin dua lengan dan mungkin dilekatkan sebelum untuk menutup penutup kotak.

Amaran: jangan lem penutup kotak, hanya skru. Penutupnya penting untuk perlindungan habuk dan harus ditanggalkan untuk operasi penyelenggaraan yang akan datang.

Apabila persediaan ini selesai sebelum menambahkan gear yang digerakkan (yang lebih besar) tambahkan cincin pemisah kecil: ia menjadikan gear besar sejajar dengan gear motor yang bertindak sebagai mesin basuh untuk memperbaiki pemasangan bergerak yang digerakkan.

Kemudian masukkan gear pemandu (yang kecil) ke dalam aci motor. Perhatikan bahawa terdapat sisi rata di motor juga di lubang pusat gear untuk memastikan gear berputar digerakkan oleh motor DC.

Langkah terakhir, masukkan gear yang digerakkan besar seperti yang ditunjukkan dalam gambar dan kunci ke paksi berulir dengan dua kacang M4.

Bangunan mekanik sudah siap!

Langkah 6: Bonus: Bagaimana Saya Menyesuaikan Sokongan untuk Menguruskan Kit

Untuk memastikan kit tetap dipasang, saya membuat struktur yang sangat sederhana berdasarkan dua tiub aluminium persegi untuk menyokong asas dan struktur gerakan. Pangkalannya telah dipasang dengan empat skru ke dua rel (panjang kira-kira 25 cm) dan dengan beberapa sokongan kecil dicetak 3D saya telah memperbaiki mesin gerakan yang bebas dipindahkan untuk memudahkan penyisipan dan penyingkiran gulungan filamen.

Sesiapa sahaja boleh memilih penyelesaiannya sendiri bergantung pada bagaimana meja kerjanya disusun.

Langkah 7: Pendawaian dan Penyambungan ke Arduino

Seperti yang dijelaskan dalam langkah isi Kit, saya telah menggunakan pelindung motor DC Infineon TLE94112LE untuk Arduino dan menguji enjin pada Arduino UNO R3 dan Infineon XMC110 Boot Kit.

Sekiranya anda akan mengawal motor (memerlukan ciri PWM) dengan papan pengawal DC pilihan anda, sesuaikan arahan dengan spesifikasi teknikal perisai anda.

Nota di TLE04112LE Arduino Shield

Salah satu had yang saya alami dengan perisai kawalan motor lain untuk Arduino adalah mereka menggunakan ciri pengawal mikro yang sama (iaitu pin PWM dan GPIO); ini bermaksud bahawa lembaga anda menjadi khusus untuk tugas-tugas ini sementara hanya beberapa sumber lain (MPU dan GPIO) yang tersedia untuk kegunaan lain.

Memiliki kemungkinan untuk meletakkan tangan pada perisai TLE94122LE Arduino untuk ujian jalan raya, kelebihan IC yang paling jelas adalah berdasarkan kelengkapannya. Papan Arduino berkomunikasi dengan perisai melalui protokol SPI dengan hanya menggunakan dua pin. Setiap arahan yang anda hantar ke perisai diproses secara autonomi oleh IC TLE94112LE tanpa memakan sumber MPU. Satu lagi ciri luar biasa dari papan Infineon adalah kemungkinan untuk mengawal hingga enam motor yang disikat dengan tiga saluran PWM yang dapat diprogramkan. Ini bermaksud bahawa Arduino dapat menyiapkan satu atau lebih motor, memulakannya dan terus mengerjakan tugas lain. Perisai ini dinyatakan sempurna untuk menyokong hingga enam gulungan filamen yang berbeza pada masa yang sama, gerakan hanya satu daripada tugas yang dipertanggungjawabkan kepada MPU. Mempertimbangkan kemungkinan untuk menguruskan enam gulungan filamen yang berbeza dengan satu Arduino + pelindung kesan pengawal mikro. pada setiap pengawal filamen dengan harga kurang dari 5 Euro.

Sensor berat

Setelah melakukan beberapa eksperimen, saya dapati kawalan keseluruhan sistem - pemantauan dan pemakanan automatik - dengan satu sensor; sel beban (sensor berat) mampu mengukur variasi berat spool filamen secara dinamik memberikan semua maklumat yang kami perlukan.

Saya menggunakan sel beban yang murah dalam julat 0-5 Kg bersama dengan papan kecil berdasarkan HX711 AD Amplifier, IC khusus untuk menguruskan sensor sel beban. Tidak ada masalah antara muka kerana terdapat perpustakaan Arduino yang berfungsi dengan baik.

Tiga langkah untuk menetapkan perkakasan

1. Masukkan perisai di atas papan Arduino atau Kit Boot Infineon XMC110
2. Sambungkan wayar motor ke penyambung skru Out1 dan Out2 pada perisai
3. Sambungkan kuasa dan isyarat dari penguat sensor berat HX711 AD ke pin Arduino. Dalam kes ini, saya telah menggunakan pin 2 dan 3 tetapi semua pin percuma adalah baik.

Amaran: halaman 8 dan 10 disediakan oleh perisai TLE94113LE untuk sambungan SPI

Itu sahaja! Bersedia untuk menyediakan perisian? Teruskan.

Langkah 8: Set Perintah Perisian dan Kawalan

Perisian yang didokumentasikan penuh boleh dimuat turun dari GitHub repositori 3DPrinterFilamentDispenserAndMonitor

di sini kita hanya mempertimbangkan bahagian yang paling bermakna dan arahan kawalan.

Terdapat alasan yang dikenakan oleh jumlah pin yang tersedia di Arduino UNO saya memutuskan untuk mengendalikan sistem melalui terminal bersiri USB; Oleh kerana setiap unit bermotor berdasarkan sensor berat, mengawal enam dispenser filamen yang berbeza memerlukan data pembacaan dari enam sensor berat. Setiap sel beban "menggunakan" dua pin, pin 0 dan 1 dicadangkan (Tx / Rx) untuk siri dan pin 8 dan 10 dikhaskan untuk saluran SPI yang menghubungkan perisai TLE94112LE.

Status sistem

Perisian kawalan berfungsi melalui empat keadaan yang berbeza, yang ditentukan dalam filament.h:

#define SYS_READY "Sedia" // Sistem siap

#define SYS_RUN "Running" // Filamen sedang digunakan #define SYS_LOAD "Load" // Roll Load #define SYS_STARTED "Started" // Permohonan dimulakan // Kod status #define STAT_NONE 0 #define STAT_READY 1 #define STAT_LOAD 2 #define STAT_RUN 3

Status: Dimulakan

Status ini berlaku selepas tetapan semula perkakasan atau ketika sistem dihidupkan. Panggilan power-on (dan setup () ketika sketsa dimulakan) memulakan nilai lalai dalaman dan harus dimulakan tanpa berat tambahan di platform kerana sebahagian dari urutan inisialisasi adalah pemerolehan tare mutlak untuk mencapai berat sifar fizikal.

Status: Sedia

Keadaan siap berlaku selepas tetapan semula lembut (dihantar dari terminal bersiri). Ia sama dengan resect fizikal tetapi tidak ada tare dikira; arahan reset boleh dilancarkan juga ketika sistem berjalan.

Status: Muat

Status beban berlaku apabila arahan beban dihantar oleh terminal. Ini bermaksud bahawa gulungan filamen telah dimuat dan tore dinamik telah dikira. Berat filamen yang tepat diperoleh dengan jenis penyediaan gulungan yang mengurangkan berat unit motor dan gulungan kosong.

Status: Berlari

Status ini membolehkan pengiraan berat automatik dan dispenser filamen automatik.

Mesej terminal

Versi perisian semasa mengembalikan mesej yang dapat dibaca manusia ke terminal bergantung pada perintahnya. Mesej rentetan didefinisikan dalam dua file header: Command.h (pesanan dan respons yang berkaitan dengan perintah) dan filament.h (string yang digunakan oleh penghurai untuk membuat pesan majmuk).

Perintah

Dua fail berbeza terlibat dalam pengurusan perintah: Command.h termasuk semua perintah dan parameter serta filamen.h yang berkaitan termasuk semua pemalar dan definisi yang digunakan oleh sistem pemberat dan penghurai.

Walaupun pengiraan dalaman dilakukan secara automatik oleh perisian, saya telah menerapkan serangkaian perintah untuk mengatur tingkah laku sistem dan mengendalikan beberapa parameter secara manual.

Kata kunci arahan peka huruf besar kecil dan hanya perlu dihantar dari terminal. Sekiranya arahan tidak sesuai untuk statusnya saat ini tidak dikenali bahawa pesanan arahan yang salah akan dikembalikan, perintah itu akan dilaksanakan.

Perintah status

Ubah status semasa sistem dan tingkah laku juga disesuaikan

Perintah filamen

Dengan menggunakan perintah yang berasingan, mungkin untuk menetapkan ciri filamen dan gulungan berdasarkan berat dan ukuran yang paling biasa yang ada sekarang di pasaran

Perintah unit

Ini adalah beberapa perintah untuk mengatur visualisasi unit ukuran dalam gram atau sentimeter. Sebenarnya mungkin untuk menghapuskan perintah ini dan selalu mewakili data di kedua-dua unit.

Perintah maklumat

Tunjukkan kumpulan maklumat bergantung pada status sistem

Perintah motor

Kawal motor untuk memberi makan atau menarik filamen.

Semua arahan motor mengikuti jalan pecutan / perlambatan. Kedua-dua arahan memberi makan dan menarik melaksanakan urutan pendek seperti yang ditentukan dalam motor.h oleh FEED_EXTRUDER_DELAY pemalar sementara perintah feedc dan pullc berjalan selama-lamanya sehingga perintah berhenti tidak diterima.

Perintah mod berjalan

Status berjalan menerima dua mod; mod man hanya membaca secara berkala berat dan motor bergerak sehingga arahan kawalan motor tidak dihantar. Mod automatik sebaliknya melaksanakan dua arahan suapan apabila extruder memerlukan lebih banyak filamen.

Prinsipnya berdasarkan pembacaan berat badan, berdasarkan konteks tertentu. Kami menjangkakan bahawa penggunaan filamen agak perlahan, pencetak 3D hampir perlahan dan ayunan berat normal bergantung pada getaran persekitaran (lebih baik jika anda tidak meletakkan keseluruhan barang pada pencetak 3D)

Apabila extruder menarik filamen, perbezaan berat badan meningkat secara mendadak (50 g atau lebih) dalam masa yang sangat sedikit, biasanya antara dua atau tiga bacaan. Maklumat ini disaring oleh perisian yang "menolak" filamen baru yang diperlukan. Untuk mengelakkan pembacaan yang salah, variasi berat badan semasa motor berjalan tidak diendahkan sama sekali.

Logik aplikasi

Logik aplikasi diedarkan dalam.ino main (lakaran Arduino) di sepanjang tiga fungsi: setup (), loop () dan parseCommand (commandString)

Sketsa menggunakan dua kelas yang berasingan: kelas FilamentWeight untuk menguruskan semua pengiraan filamen dan bacaan sensor melalui kelas HX711 IC dan MotorControl yang menghubungkan kaedah tahap rendah perisai TLE94112LE Arduino.

persediaan ()

Dilancarkan sekali ketika dihidupkan atau selepas tetapan semula perkakasan memulakan contoh kelas, atur perkakasan dan komunikasi terminal.

gelung ()

Fungsi gelung utama menguruskan tiga keadaan yang berbeza.

Walaupun terdapat dua kelas untuk sensor berat dan motor yang agak kompleks, ada kelebihan bahawa lakaran yang dihasilkan benar-benar mudah difahami dan dikendalikan.

1. Periksa (dalam mod automatik) jika extruder memerlukan lebih banyak filamen
2. Sekiranya motor berjalan, periksa kesilapan perkakasan (dikembalikan oleh TLE94112LE)
3. Sekiranya terdapat data bersiri, huraikan arahan

parseCommand (commandString)

Fungsi penghuraian memeriksa rentetan yang berasal dari serial dan apabila suatu perintah dikenali, ia akan segera diproses.

Setiap arahan bertindak sebagai mesin keadaan yang mempengaruhi beberapa parameter sistem; mengikuti logik ini semua arahan dikurangkan menjadi tiga tindakan berurutan:

1. Kirim perintah ke kelas FilamentWeight (perintah berat) atau ke kelas MotorControl (perintah motor)
2. Menjalankan pengiraan untuk mengemas kini nilai berat atau mengemas kini salah satu parameter dalaman
3. Tunjukkan pada terminal dan output maklumat apabila pelaksanaan selesai

Pasang perpustakaan HX711 Arduino, muat turun perisian dari GitHub dan muat naik ke papan Arduino anda kemudian nikmati!