Ölöppnaren och hällaren: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:35

För detta projekt var kravet att komma med en uppfinning eller ett system som redan har uppfunnits, men som krävde vissa förbättringar. Som vissa kanske vet är Belgien mycket populärt för sin öl. I detta projekt är uppfinningen som behövde några förbättringar ett kombinerat system som kunde börja med att öppna en öl och sedan hälla ölet i ett lämpligt glas som kunden valt. Denna uppfinning är inte särskilt känd eftersom den kan göras lättare för hand av en "frisk" person än av en maskin men är fortfarande mycket intressant för en annan kategori människor. Idag kan tyvärr några av oss inte göra detta. Mer uttryckligen kan personer med ett allvarligt arm- eller muskelproblem, äldre eller personer med en sjukdom som Parkinson, A. L. S., etc. inte göra det. Tack vare denna mekanism kommer de att kunna dricka en väl serverad öl på egen hand utan att behöva vänta på att någon kommer och hjälper dem med dessa två uppgifter.

Vårt system är också tillägnat den enkla konsumenten som vill njuta av en öl ensam med sina vänner och njuta av den belgiska expertisen. Att servera en öl väl är inte för alla och vår praxis är verkligen internationellt känd och det är med glädje vi delar den med hela världen.

Tillbehör:

Huvudkomponenter:

• Arduino UNO (20,00 euro)
• Steg ner spänningsomvandlare: LM2596 (3,00 euro)
• 10 2-poliga plintar (totalt 6,50 euro)
• 2-stifts SPST ON/OFF-omkopplare (0,40 euro)
• Kondensator på 47 mikro Farad (0,40 euro)
• Trä: MDF 3 mm och 6 mm
• PLA-plast
• 3D-utskriftstråd
• 40 bultar och muttrar: M4 (0,19 euro styck)
• Linjärt ställdon-Nema 17: 17LS19-1684E-300G (37,02 euro)
• Sanyo Denki hybrid stegmotor (58,02 euro)
• 2 stegs förare: DRV8825 (4,95 euro styck)
• 2 knappar (1,00 euro vardera)
• 3 mikrobrytare (2,25 euro styck)
• 5 kullager ABEC-9 (0,75 euro styck)

Programvara och hårdvara:

• Uppfinnare från Autodesk (CAD-filer)
• 3d skrivare
• Laserskärare
• Spänningsförsörjning på 24 volt

Steg 1: Träkonstruktion

Träkonstruktion

För konfigurationen av roboten används en yttre konstruktion för att ge styvhet och göra roboten robust. För det första är öppningsmekanismen helt omgiven av denna struktur för att kunna lägga till ett lager på axistens ovansida för att göra mekanismen stabil. Vidare finns det ett plan längst ner i tornet för att montera stegmotorn. På sidorna av tornet har det funnits hål för att förhindra att öppnaren roterar, så att han går ner till kapseln för att öppna flaskan. I sidoplanen finns det också hål för att fästa en hållare för att blockera öppnaren för att falla helt ner. För det andra finns ett extra plan bakom öppningsmekanismens torn för att montera motorn och överföringen av hällmekanismen.

I botten av glashållaren finns ett plan för att stödja glaset när det kommer ner. Detta är nödvändigt, eftersom glaset har lyfts upp för att skapa det perfekta utrymmet mellan toppen av flaskan och toppen av glaset. I detta plan har ett hål tillhandahållits för att placera en mikrobrytare som ändeffektor. Det fanns också hål i träplanen för att få en ren ledning av sensorer och motorer. Dessutom fanns några hål i träkonstruktionens bottenplan för att jämna ut flaskornas höjd i öppningsmekanismen och ge några utrymmen för hällmekanismens laterala träbitar samt ett utrymme för bultarna på botten flaskhållaren i hällmekanismen.

Pusselmekanism

Ett exempel på monteringsmetoden har lagts till i bilderna från detta steg. Det ger en bild av pusselmekanismen och de medföljande hålen för att montera planen med varandra.

Steg 2: Öppningsmekanism

Denna modell består av en flasköppnare (som också gör burköppnare, för den övre rundade delen), en enorm trapetsformad metallstång, en öppningshållare (träplatta med 2 små gångjärn genom vilka en liten metallstång passerar), en gripare för flasköppnaren och en kulskruv. På metallstången (kopplad till en motor) är öppningshållaren ovanför kulskruven. Tack vare rotationen av metallstången, skapad av motorn, kan kulskruven gå upp och ner och driva öppnarehållarens rörelse med öppnaren fäst med den. Den lilla metallstången som är fastklämd mellan 4 kolonner förhindrar att öppningshållaren roterar. Vid båda extremiteterna av den lilla baren placeras två "blockerare". På så sätt kan den lilla stapeln inte röra sig horisontellt. I början hålls öppnaren fast mot flaskan. Öppnaren går upp och glider över flaskan (tack vare dess rundade del) tills öppnarens hål fastnar i flaskans burk. Vid denna tidpunkt kommer ett vridmoment att appliceras av öppnaren för att öppna flaskan.

1. Stort gångjärn (1 st)
2. Träplatta (1 bit)
3. Liten bar blockerare (2 delar)
4. Liten metallstång (1 bit)
5. Litet gångjärn (2 delar)
6. Öppnare (1 st)
7. Lager (1 st)
8. Öppnare blockerare (1 del)
9. Motor + trapetsformad stång + kulskruv (1 del)

Steg 3: Balansmekanism

Hällbalanssystem

Detta system består av ett balanssystem som på varje sida har ett flaskhållarsystem och ett glashållarsystem. Och i mitten finns ett monteringssystem för att fästa det på axeln.

1. Flaskhållare

Flaskhållarens design består av 5 stora plattor som är fästa på balanseringssystemets sidor med en pusselkonfiguration, och det finns också en sjätte platta längst ner, fäst med M3 -bultar för att hålla Jupiler -björnen, så det gör det inte går inte genom. Monteringen till de laterala träplattorna hjälper också till med en bult plus mutterkonfiguration, 4 för varje träplatta (2 på varje sida).

Det finns också implementerat en flaskhalshållare för att greppa toppen av flaskan. Denna del är fäst vid axelmonteringssystemet, förklaras senare.

Dessutom finns det implementerade 10 3D -tryckta cylindrar genom monteringen för att lägga till styvhet i strukturen. Bultarna som går genom dessa cylindrar är M4 och med sina respektive muttrar.

Slutligen implementerade vi två switch -sensorer för att upptäcka flaskan som finns inuti hållaren, för att göra det använde vi en 3D -tryckt kroppshållare som är fäst på träplattorna under och ovanför den.

2. Glashållare

Glashållarens utformning formas av 2 träplattor fästa på samma sätt som flaskhållarplattorna. Det finns också 5 3D -tryckta cylindrar för att lägga till styvhet. För att stödja botten av Jupiler -glaset finns det en halvcylindrig bit där glaset lutar sig mot. Detta fäst jag genom 3 armar som monteras med M4 -bultar.

För att stödja de övre delarna av glasen finns två delar, en för glasets ovansida, så när du vrider balanseringssystemet faller det inte och en annan som håller glasets sidodel.

3. Axelmonteringssystem

Det krävdes ett system för att fästa balanssystemet på den roterande axeln. Vi använde en konfiguration där längsgående stänger (totalt 4) pressas mot varandra med M4 -bultar och muttrar. Och genom dessa staplar finns det 10 3D -tryckta bitar som har en något större diameter på axeln. För att öka greppet finns det två längsgående gummilister mellan axeln och de 3D -tryckta bitarna.

4. Balansera träplattor

Det finns 2 laterala träplattor som håller alla hållare i den och de är fästa på axeln genom axelsystemet som förklaras ovan.

Överföring

Balanssystemet förklarade reläer på axelns rörelse, det är en metallstång på 8 mm som är monterad i strukturen med hjälp av 3 lager och dess motsvarande lagerhållare.

För att uppnå tillräckligt vridmoment för att utföra hällens roterande rörelse används en remtransmission. För den lilla metallskivan har en remskiva med en stigningsdiameter på 12,8 mm använts. Den stora remskivan har 3d-printats för att uppnå önskat förhållande. Precis som metallskivan har det tillhandahållits en extra del till remskivan för att fästa den på den roterande axeln. För att applicera spänning på bandet används ett externt lager på en rörlig spänningsapplikator för att skapa olika mängder spänning inuti remmen.

Steg 4: Elektronik och Arduino -kod

För elektronikkomponenterna rekommenderas att titta på kravlistan igen och se vad kinematiken för detta system ska vara. Det första kravet som våra system har är öppnarens vertikala rörelse. Ett annat krav är den kraft som måste appliceras på armen för att lossa flasklocket. Denna kraft är cirka 14 N. För hälldelen löses beräkningarna genom Matlab och resulterade i ett maximalt vridmoment på 1,7 Nm. Det sista kravet som har noterats är systemets användarvänlighet. Därför är användningen av en startknapp användbar för att initiera mekanismen. I detta kapitel kommer de separata delarna att väljas och förklaras. I slutet av kapitlet kommer också hela panelen att presenteras.

Öppningsmekanismen

För att börja måste öppningssystemet öppnas för att öppna en flaska öl. Som redan sagts i inledningen av detta kapitel är vridmomentet som krävs för att lossa flasklocket från flaskan 1, 4 Nm. Kraften som kommer att appliceras på öppnarens arm är 14 N om armen är cirka 10 cm. Denna kraft skapas av en friktionskraft som skapas genom att vrida en tråd genom en mutter. Genom att hålla muttern fast i sin rotationsrörelse är muttern det enda sättet att röra sig upp och ner. För detta krävs vridmoment för att säkerställa att muttern kan röra sig upp och ner och med det behöver en kraft på 14 N också komma fram. Detta vridmoment kan beräknas med formeln nedan. Denna formel beskriver det erforderliga vridmomentet för att flytta ett objekt upp och ner med ett visst vridmoment. Vridmomentet som behövs är 1,4 Nm. Detta ska vara det minsta vridmomentkravet för motorn. Nästa steg är att leta efter vilken typ av motor som skulle passa bäst i denna situation. Öppnaren vrider en stor mängd varv och tittar på det vridmoment som behövs är en bra idé att välja en servomotor. Fördelen med en servomotor är att den har ett högt vridmoment och måttlig hastighet. Problemet här är att en servomotor har ett visst intervall, mindre än ett helt varv. En lösning skulle vara att servomotorn kan 'hackas', detta resulterar i att servomotorn har en helt 360 ° rotation och även fortsätter att rotera. Nu, när servomotorn är "hackad" är det nästan omöjligt att ångra dessa handlingar och göra det normalt igen. Detta resulterar i att servomotorn inte kan återanvändas i andra projekt senare. En bättre lösning är att valet bättre går till en stegmotor. Denna typ av motorer kanske inte är de som har flest vridmoment men den roterar kontrollerat i motsats till en likströmsmotor. Ett problem som finns här är förhållandet pris till vridmoment. Detta problem kan lösas med hjälp av en växellåda. Med denna lösning kommer rotationshastigheten för gängan att sänkas men vridmomentet blir högre med hänsyn till växelförhållandena. En annan fördel med att använda en stegmotor i detta projekt är att stegmotorn kan återanvändas efteråt för andra projekt nästa år. Nackdelen med en stegmotor med en växellåda är den resulterande hastigheten som inte är så hög. Tänk på att systemet kräver ett linjärt ställdon där detta undviks av mutter- och gängmekanismen vilket också gör det långsammare. Därför gick valet till en stegmotor utan växellåda och omedelbart ansluten med en gänga med en slät mutter inkluderad.

För detta projekt är en bra stegmotor för applikationen Nema 17 med ett vridmoment på 44 Ncm och ett pris på 32 euro. Denna stegmotor är, som redan talats om, kombinerad med en gänga och en mutter. För att styra stegmotorn används en H-bro eller stegmotordrivrutin. En H-bro har fördelarna med att ta emot två signaler från Arduino-konsolen, och med hjälp av en extern likspänningsförsörjning kan H-bron omvandla lågspänningssignaler till högre spänningar på 24 Volt för att leverera stegmotorn. På grund av detta kan stegmotorn enkelt styras av Arduino genom programmering. Programmet finns i bilagan. De två signalerna som kommer från Arduino är två digitala signaler, en är ansvarig för rotationsriktningen och den andra är en PWM -signal som bestämmer hastigheten. Drivrutinen som används i detta projekt för hällningsmekanismen och öppningsmekanismen är en "step stick DRV8825 -drivrutin" som kan konvertera PWM -signaler från Arduino till spänningar från 8,2 V till 45 V och kostar cirka 5 euro vardera. En annan idé att tänka på är öppnarens plats med hänvisning till flasköppningen. För att förenkla programmeringsdelen är flaskhållaren tillverkad på ett sådant sätt att båda typerna av ölflasköppningar är på samma höjd. På grund av detta kan öppnaren och indirekt stegmotorn som är ansluten genom tråden nu programmeras för båda flaskorna för samma höjd. På det sättet är en sensor för att detektera flaskans höjd inte nödvändig här.

Hällmekanismen

Som redan anges i inledningen av detta kapitel är det erforderliga vridmomentet som behövs för att luta balanseringssystemet 1,7 Nm. Vridmomentet beräknas genom Matlab genom att sätta upp en formel för vridmomentsbalansen i funktion av den variabla vinkeln där glaset och flaskan roterar över. Detta görs så att det maximala vridmomentet kan beräknas. För motorn i denna applikation skulle den bättre typen vara en servomotor. Anledningen till detta är på grund av dess höga vridmoment till pris. Som sagt i föregående stycke i öppningsmekanismen har en servomotor ett visst område inom vilket den kan rotera. Ett mindre problem som kan lösas är dess rotationshastighet. Rotationshastigheten för en servomotor är högre än vad som behövs. Den första lösningen som kan hittas för detta problem är att lägga till en växellåda där vridmomentet förbättras och hastigheten minskar. Ett problem som följer med denna lösning är att på grund av växellådan minskar även servomotorns räckvidd. Denna minskning resulterar i att balanseringssystemet inte kommer att kunna rotera sin 135 ° rotation. Detta skulle kunna lösas genom att igen 'hacka' servomotorn, men det skulle resultera i oåterkallbarhet hos servomotorn som redan förklaras i föregående stycke 'Öppningsmekanismen'. Den andra lösningen för dess höga rotationshastighet ligger mer i arbetet med en servomotor. Servomotorn matas genom en spänning på 9 Volt och styrs av Arduino-konsolen via en PWM-signal. Denna PWM-signal ger en signal med vad önskad vinkel på servomotorn behöver vara. Genom att ta små steg för att ändra vinkeln kan servomotorns rotationshastighet sänkas. Men den här lösningen verkar lovande, en stegmotor med växellåda eller remtransmission kan göra detsamma. Här måste vridmomentet från stegmotorn vara högre medan hastigheten måste minskas. För detta används en remtransmission eftersom det inte finns någon motreaktion för denna typ av transmission. Denna överföring har fördelen av att vara flexibel med avseende på en växellåda, där båda axlarna kan placeras var som helst man vill att den ska vara så länge remmen har spänning på den. Denna spänning är nödvändig för greppet på båda remskivorna så att transmissionen inte tappar energi genom att glida på remskivorna. Förhållandet mellan överföringen har valts med viss marginal för att avbryta oavsiktliga problem som inte beaktades. Vid stegmotorns axel har en remskiva med en stigningsdiameter på 12,8 mm valts. För att uppnå marginalen för vridmomentet har en remskiva med en stigningsdiameter på 61,35 mm valts. Detta resulterar i en minskning av varvtalet med 1/4,8 och därmed ett ökat vridmoment på 2,4 Nm. Dessa resultat uppnåddes utan att ta hänsyn till någon överföringseffektivitet eftersom inte alla specifikationer för t2.5 -bältet var kända. För att ge en bättre överföring läggs en extern remskiva till för att öka kontaktvinkeln med den minsta remskivan och öka spänningen inuti remmen.

Andra elektroniska delar

De andra delarna i denna design är tre mikrobrytare och två startknappar. De två sista knapparna talar för sig själva och kommer att användas för att initiera processen med att öppna ölet medan den andra startar hällningsmekanismen. Efter att hällsystemet har startats kommer den här knappen inte att vara användbar förrän i slutet. I slutet av processen kan du trycka på knappen igen och detta kommer att säkerställa att hälldelen kan återföras till sitt ursprungliga tillstånd. De tre mikrobrytarna används som sensorer för att detektera de två sorters ölflaskor och på andra sidan glasflaskan när hällsystemet når sitt slutliga läge. Här kostar knapparna som används cirka 1 euro vardera och mikrobrytarna är 2,95 euro styck.

För att driva Arduino behövs behovet av en extern spänningsförsörjning. Därför används en spänningsregulator. Detta är en LM2596 stegvis omkopplingsregulator som gör det möjligt att omvandla en spänning från 24 V till 7,5 V. Denna 7,5 V kommer att användas för att driva Arduino så att ingen dator kommer att användas i processen. Databladet kontrollerades också för den ström som tillhandahålls eller kan tillhandahållas. Maximal ström är 3 A.

Designen för elektroniken

I det här avsnittet kommer installationen för elektroniken att tas om hand. Här, på brödbrädans figur, visas layouten eller designen. Det bästa sättet att börja här är att gå från spänningsförsörjningen i det nedre högra hörnet och gå till Arduino och delsystemen. Som framgår av figuren är det första som är på vägen mellan spänningsförsörjningen och brödbrädan en manuell omkopplare som läggs till att allt kan drivas direkt med ett flick av en strömbrytare. Därefter placeras en kondensator på 47 mikro Farad. Denna kondensator är inte obligatorisk på grund av användning av en spänningsförsörjning och dess egenskap för att omedelbart ge den erforderliga strömmen som är med andra matningsmodeller inte ibland fallet. Till vänster om kondensatorerna är två LM2596 -drivrutiner (inte samma grafik men samma inställning) placerade för att styra stegmotorn. Det sista som är anslutet till 24 V -kretsen är spänningsregulatorn. Detta presenteras i denna figur av den mörkblå rutan. Dess ingångar är marken och 24 V, dess utgångar är 7,5 V och marken som är ansluten till marken för 24 V -ingången. Utgången eller 7,5 V från spänningsregulatorn ansluts sedan till Vin från Arduino -konsolen. Arduino drivs sedan och kan leverera en 5 V spänning. Denna 5 V -spänning skickas till de 3 mikroomkopplare som representeras av knapparna på vänster sida. Dessa har samma inställning som knappar varav två är placerade i mitten. Om knappen eller omkopplaren trycks in med en spänning på 5V skickas till Arduino -konsolen. Om sensorerna eller knapparna inte trycks ned i marken och Arduino -ingången är länkad till varandra vilket skulle representera ett lågt ingångsvärde. De sista delsystemen är de två stegdrivrutinerna. Dessa är kopplade till högspänningskretsen på 24 V men måste också anslutas till 5 V på Arduino. På brödbrädans figur syns också en blå och grön tråd, de blå trådarna är för en PWM-signal som reglerar och ställer in stegmotorns hastighet. De gröna trådarna ställer in i vilken riktning motorn behöver rotera.

I den andra figuren, figuren med stegdrivrutinen, visas kopplingen mellan stegmotorförarna. Här kan man se att det finns tre anslutningar M0, M1 och M2 är inte anslutna. Dessa avgör hur varje steg ska tas. På det sätt som det är inställt just nu är alla tre anslutna till marken med ett inre motstånd på 100 kilo Ohm. Att sänka alla tre ingångarna kommer att skapa ett helt steg med varje PWM-puls. Att ställa in alla anslutningar till High varje PWM-puls kommer att resultera i 1/32 steg. I detta projekt väljs hela stegkonfigurationen, för framtida projekt kan detta komma till nytta vid sänkning av hastigheten.

Steg 5: Testa systemet

Det sista steget är att testa mekanismerna och se om de verkligen fungerar. Därför är den externa spänningsförsörjningen ansluten till maskinens högspänningskrets medan marken också är ansluten. Som framgår av de två första videorna verkar båda stegmotorerna fungera men så snart allt är kopplat till varandra i strukturen någonstans i vår krets verkar en kortslutning hända. På grund av det dåliga designvalet att ha ett litet utrymme mellan planen är felsökningsdelen mycket svår. När man tittar på den tredje videon var det också några problem med motorns hastighet. Lösningen för detta var att öka fördröjningen i programmet men så snart fördröjningen är för hög verkar stegmotorn vibrera.

Steg 6: Tips och tricks

För denna del vill vi avsluta några punkter som vi lärt oss genom att göra detta projekt. Här kommer tips och tricks om hur man börjar tillverka och hur man löser mindre problem förklaras. Från att börja med monteringen till att göra hela designen på ett kretskort.

Tips och tricks:

Hopsättning:

• För 3D-utskrift, med funktionen live-justering på Prusa 3D-skrivare, kan man justera avståndet mellan munstycket och tryckbädden.
• Som vi ser i vårt projekt försökte vi gå efter en struktur med så mycket trä som möjligt eftersom de är de snabbaste som gjorts av en laserskärare. Vid trasiga delar kan de enkelt bytas ut.
• Med 3D-utskrift, försök att göra ditt objekt så litet som möjligt och ändå ha de mekaniska egenskaperna det behöver ha. Vid en misslyckad utskrift tar du inte så lång tid att skriva ut igen.

Elektronik:

• Innan du startar ditt projekt, börja med att söka efter alla datablad för varje komponent. Detta kommer att ta lite tid i början men kommer att vara värt din tid i längden.
• När du gör ditt kretskort, se till att du har ett schema för kretskortet med hela kretsen. Ett brödbräda kan hjälpa men omvandlingen mellan båda kan ibland vara lite svårare.
• Att arbeta med elektronik kan ibland börja enkelt och utvecklas komplext ganska snabbt. Försök därför att använda lite färg på ditt kretskort med varje färg motsvarande en viss betydelse. På det sättet, i händelse av ett problem, kan detta lättare lösas
• Arbeta på ett tillräckligt stort kretskort så att du kan förhindra korsningstrådar och ha överblick över kretsen, detta kan minska risken för kortslutning.
• Om det uppstår problem med kretsen eller kortslutningen på kretskortet, försök felsöka allt i sin enklaste form. På det sättet kan ditt eller dina problem lösas lättare.
• Vårt sista tips är att arbeta på ett rent skrivbord, vår grupp hade korta ledningar över hela vårt skrivbord som skapade en kortslutning i vår övre spänningskrets. En av dessa små ledningar var orsaken och bröt en av stegdrivarna.

Steg 7: Tillgängliga källor

Alla CAD-filer, Arduino-kod och videor från detta projekt finns i följande dropbox-länk:

Dessutom är följande källor värda att kontrollera:

- OpenSCAD: Parametrisk remskiva - massor av tandprofiler av droftarts - Thingiverse

- Grabcad: Det här är en fantastisk gemenskap att dela cadfiler med andra människor: GrabCAD: Design Community, CAD -bibliotek, 3D -utskriftsprogram

-Hur man styr en stegmotor med en stegdrivrutin: