Bubble Wrap Painter: 8 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Som en del av vår "Mechatronics 1 - MECA -Y403" Master 1 -kurs på ULB blev vi ombedda att designa en robot som utför en specifik funktion och skapa en webbplats som sammanfattar robotens design, med val av material, modellering, förverkligandet och koden som låter hela systemet fungera. Hela gruppen valde enhälligt att förverkliga "Bubble Wrap Painter" -roboten.

"Bubble Wrap Painter" är en enhet som kan injicera färg i några bubblor i bubbelplasten från en spänningskontroll som levereras av datorn. Inledningsvis var roboten tvungen att kunna injicera vätskan i ett 2D -plan för att generera en fläckritning. Av ekonomiska och praktiska skäl har gruppen dock dragit sig tillbaka för att injicera färg på en 1D -bana. Roboten fungerar enligt följande: ett maskskruvsystem används för att trycka kolven på en spruta som ursprungligen var fylld med färg. Sprutan är ansluten till ett flexibelt polypropenrör som gör att färgen kan ledas till en metallspets som är fäst vid den mobila modulen. Denna modul kan glida längs en horisontell axel, igen med hjälp av ett masksystem. Spetsen är å andra sidan fäst vid en linjär elektromagnet som också är ansluten till den mobila modulen. Elektromagneten används för att sticka bubbelplasten som är fixerad på en vertikal platta. När bubblan är genomborrad injiceras färgen i den och så vidare.

Steg 1: Beskrivning av delar och verktyg

KÖP

2 strålkopplingar 5 mm till 6 mm

1 spruta med 10 ml (7, 5 cm lång)

1 rör i flexibel polypropen med en diameter på 4 mm

1 nål med säkerhetslocket

Gouache utspädd med vatten

2 gängade stavar: diameter 6 mm och 18,5 cm långa

2 släta stavar med 8 mm diameter och 21 cm långa

2 släta stavar med 8 mm diameter och 10 cm långa

Bubbelplast

ELEKTRONIK

1 brödbräda

1 arduino

1 stegmotor

1 stegmotor RS PRO Hybrid, permanentmagnet Stegmotor 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 ledningar

2 mikrobrytare V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Strömförsörjning

2 banankontakter

45 bygelkablar

6 ledande kablar

Diod 1N4007

Transistor IRF5402

3 motstånd 4, 7 kohm

2 DRV8825 drivrutiner

1 tryckknappsbrytare

SKRUV, NÖTTER OCH FIXERINGAR

42 skruvar M3 16 mm långa

4 skruvar M3 10 mm långa

4 skruvar M4 16 mm långa

2 skruvar M2, 5 16 mm långa

52 motsvarande muttrar

2 stålbricka M3

ANVÄNDA VERKTYG

Laserskärmaskin

3D -skrivare (Ultimaker 2 eller Prusa)

Skruvmejsel

Steg 2: CAD -filer

LASERSKÄRNING med en tjocklek av 3 mm

-stödplattor

-stöd för att lyfta omkopplaren

-rörligt stöd för nålen

-bubbla hållare

-4 höjningsstöd

3D-UTSKRIVNING

-stöd för motorn

-stödja gängstången

-sprutpump

-stöd för nålen

-stöd för sprutan

Steg 3: Montering

Till att börja med designade vi en träbas som består av tre olika element: en bottenplatta, en vertikal platta och en triangulär platta för att hålla ihop allt.

Du kan se på bilden att de olika plattorna har upprepade T-formade mönster. Dessa mönster används för att fixera enheten och gör att basen kan vara robust. De två omkopplarna är placerade på kolven och på mobilmodulen. Detta gör det möjligt att ge respektive en referens om kolvens maximala expansion och en referens om den högra positionen för mobilmodulen.

Dessutom fixeras stegmotorerna med fyra skruvar på ett stöd som skapats med en 3D-skrivare. På detta stöd tillåter två vinkelräta hål fixering på den vertikala plattan. De gängade stavarna som är anslutna till motorernas två rotationsaxlar samt de fyra släta stavarna hålls av ytterligare stöd som är placerade vid motorn för motorn. Utöver detta används kontakter för att fästa gängstången på stegmotornas rotationsaxel.

Sprutan är också fixerad med en konsol som skruvas fast på den horisontella plattan. Kolven kan pressas med hjälp av en trapetsformad bit som löper längs gängstången när den roterar. Denna del har ett hål i insidan som är försedd med en mutter. Denna mutter låter den trapetsformade delen röra sig.

Röret är anslutet till sprutan genom att helt enkelt ansluta det till sprutans ände. Den andra änden av röret sitter fast i ringen på en liten vit PLA -bit. Metallspetsen som ursprungligen var en del av sprutan har också knäppts fast på rörets ände. Vi har lagt sprutlocket på nålen för att bättre fylla diametern på den vita biten. Locket har ett hål i slutet för att låta nålspetsen passera igenom. Denna lilla vita del skruvas med två skruvar på mobilmodulens glidplatta.

Mobilmodulen består av en uppsättning trädelar som är fixerade på samma sätt som plattorna som utgör basen. Modulen bildar en låda med tre hål för att ta emot de två släta stavarna och gängstången. Inuti denna låda finns två muttrar som gör att modulen kan flyttas. Modulens topplatta glider längs två släta stänger. I modulens inre mitt finns en fast platta med den linjära elektromagneten. Detta gör att glidplattan kan göra linjära rörelser fram och tillbaka.

Det finns två träfästen som gör att två perforerade tungor kan fästas direkt på den vertikala plattan med brickor som blockeras av skruvarna. Dessa två flikar kilar in en remsa bubbelplast i mitten. Bubbelpapperet här innehåller sju bubblor motsvarande de 7 bitarna som datorn kodar.

På andra sidan av den vertikala plattan finns kretskortet och arduino. Kretskortet limmas på den horisontella plattan med hjälp av ett limsystem som initialt finns och arduino skruvas fast på bottenplattan. Utöver detta finns en resistiv avdelare ansluten till kretskortet som skruvas fast i den triangulära trädelen. (BILD: baksidan av systemet)

*Var och en av skruvarna som ingår i systemet konsolideras med lämpliga bultar.

Steg 4: Elektronik och sensorer

Vi måste veta positionen för den övre stegmotorn när bubblaomslagsmålaren startas för att nå de exakta positionerna för bubblorna. Detta är målet med den första växeln. Varje gång enheten drar en linje roterar motorn tills omkopplaren ändrar tillstånd.

Vi behöver en annan omkopplare för att veta när steget som trycker på sprutan har nått slutet av kolven. Den andra omkopplaren används för att stoppa systemet när sprutan är tom. En tredje valfri switch kan fortsätta måla när sprutan har fyllts i. Dessa switchar använder låga spänningar och kan levereras direkt av arduino. De två stegmotorerna och magneten behöver mer kraft och levereras av en kraftgenerator som levererar 12V och 1A. Två DRV8825 stegmotordrivrutiner omvandlar signalerna från arduino till en ström för motorerna. Dessa drivrutiner måste kalibreras. Kalibreringen görs genom att en stegmaskin roterar med konstant hastighet och justerar förarens skruv tills vridmomentet är tillräckligt för att smidigt flytta nålen och stödet. Det sista elementet är elektromagneten. Ett neddragningsmotstånd används för att återställa mosfeten när ingen ström skickas av arduino. För att skydda de andra elektronikdelarna läggs också en flyback -diod till elektromagneten. Mosfeten växlar magnet mellan höga och låga tillstånd.

Steg 5: Python -kod

För kommunikation mellan datorn och arduino med python baserade vi oss på koder som finns på detta forum:

För att styra stegmotorn var den här webbplatsen till stor hjälp: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Och för att förstå grunderna i arduino var 'arduino-projektboken' också väldigt hjälpsam. Det finns två delar av koden: den första är en pythonkod som konverterar en bokstav i den ascii binära koden och skickar den bit för bit till arduino, och den andra är en arduino -kod som spaderar i motsvarande bubblor. Följande flödesschema förklarar principen för arduino -koden:

Steg 6: Video

Arbetsprojektet!

Steg 7: Förbättringar

Projektet kan förbättras på flera sätt. För det första kan antalet bubblor på en linje enkelt ökas. Detta kan göras genom att ta längre binära koder, genom att skriva två bokstäver vid posten istället för en till exempel. ASCII -koden blir då två gånger längre.

Den viktigaste förbättringen skulle vara att kunna fylla i bubblorna inte bara längs x-axeln utan också längs y-axeln. Bubbelfyllning skulle därför göras i 2D istället för 1D. Det enklaste sättet att göra detta är att variera bubbelpapprets höjd istället för att höja och sänka motorn. Detta skulle innebära att inte hänga kanten på bubbelpappershållaren på plattan utan på ett 3D -tryckt stöd. Detta stöd skulle vara anslutet till en gängad stång, själv ansluten till en stegmotor.

Steg 8: Problem

Huvudproblemet vi var tvungna att ta itu med är elektromagneten. För att undvika att ha en besvärlig och tung tredje motor verkade elektromagneten vara den perfekta kompromissen. Efter några tester visade sig styvheten ständigt vara för låg. Så en andra fjäder fick läggas till. Dessutom kan den bara flytta mycket lätta laster. Arrangemanget av de olika elementen måste revideras.

Sprutpumpen var också ett problem. Först måste en modell modelleras som kunde hakas fast i den ändlösa stången och samtidigt trycka på kolven. För det andra var spänningsfördelningen viktig för att undvika att delen gick sönder. Dessutom är de två stegmotorerna inte desamma: de har inte samma egenskaper, vilket tvingade oss att lägga till en spänningsdelare. Vi var tvungna att använda vattenfärg (utspädd gouache i vårt fall), eftersom en för tjock färg inte skulle passera i nålen och skulle orsaka för mycket tryckfall i röret.