The Beer Opener and Pourer: 7 Steps (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

For dette prosjektet skulle kravet komme med en oppfinnelse eller et system som allerede er oppfunnet, men som krevde noen forbedringer. Som noen kanskje vet, er Belgia veldig populært for ølet. I dette prosjektet er oppfinnelsen som trengte noen forbedringer et kombinert system som kunne starte med å åpne et øl og deretter helle ølet i et passende glass valgt av kunden. Denne oppfinnelsen er ikke særlig kjent da den lettere kan gjøres for hånd av en "sunn" person enn av en maskin, men er fortsatt veldig interessant for en annen kategori mennesker. I dag er det dessverre ikke noen av oss som klarer dette. Mer eksplisitt, mennesker med et alvorlig arm- eller muskelproblem, eldre eller mennesker med en sykdom som Parkinson, ALS, etc., er ikke i stand til å gjøre det. Takket være denne mekanismen vil de kunne drikke et godt servert øl alene uten å måtte vente på at noen kommer og hjelper dem med disse to oppgavene.

Systemet vårt er også dedikert til den enkle forbrukeren som ønsker å nyte en øl alene sammen med vennene sine og nyte den belgiske ekspertisen. Å servere en øl er ikke for alle, og faktisk er vår praksis internasjonalt kjent, og det er med glede vi deler den med hele verden.

Rekvisita:

Hovedkomponenter:

• Arduino UNO (20,00 euro)
• Step down Spenningsomformer: LM2596 (3,00 euro)
• 10 2-pinners rekkeklemmer (totalt 6,50 euro)
• 2-pinners SPST PÅ/AV-bryter (0,40 euro)
• Kondensator på 47 mikro Farad (0,40 euro)
• Tre: MDF 3 mm og 6 mm
• PLA-plast
• Filament i 3D-utskrift
• 40 bolter og muttere: M4 (0,19 euro hver)
• Lineær aktuator-Nema 17: 17LS19-1684E-300G (37,02 euro)
• Sanyo Denki hybrid trinnmotor (58,02 euro)
• 2 trinns driver: DRV8825 (4,95 euro hver)
• 2 knapper (1,00 euro hver)
• 3 mikrobrytere (2,25 euro hver)
• 5 kulelager ABEC-9 (0,75 euro hver)

Programvare og maskinvare:

• Oppfinner fra Autodesk (CAD-filer)
• 3D-skriver
• Laserskjærer
• Spenningsforsyning på 24 volt

Trinn 1: Trekonstruksjon

Konstruksjon i tre

For konfigurasjonen av roboten brukes en ytre konstruksjon for å gi stivhet og gjøre roboten robust. For det første er åpningsmekanismen fullstendig omgitt av denne strukturen for å kunne legge til et lager på toppen av aksisten for å gjøre mekanismen stabil. Videre er det et fly i bunnen av tårnet for å montere trinnmotoren. På sidene av tårnet har det blitt åpnet hull for å forhindre at åpneren roterer, slik at han går ned rett til kapselen for å åpne flasken. I sideplanene er det også hull for å feste en holder for å blokkere åpneren for å falle helt ned. For det andre er et ekstra plan tilveiebragt bak tårnet på åpningsmekanismen for montering av motoren og overføring av hellemekanismen.

I bunnen av glassholderen er det levert et plan for å støtte glasset når det kommer ned. Dette er nødvendig, ettersom glasset er løftet opp for å skape det ideelle rommet mellom toppen av flasken og toppen av glasset. I dette planet er det gitt et hull for å plassere en mikrobryter som endeeffektor. Det ble også levert hull i treplanene for å få en ren ledning av sensorene og motorene. I tillegg ble det tilveiebrakt noen hull i trekonstruksjonens bunnplan for å utjevne høyden på flaskene i åpningsmekanismen og gi noen mellomrom for de laterale trebitene i hellemekanismen, samt plass til boltene på bunnen av flaskeholderen i hellemekanismen.

Puslespill mekanisme

Et eksempel på monteringsmetoden er lagt til på bildene av dette stadiet. Den gir en visning av puslespillmekanismen og de medfølgende hullene for å montere flyene med hverandre.

Trinn 2: Åpningsmekanisme

Denne modellen består av en flaskeåpner (som også gjør boksåpner, for den øverste avrundede delen), en stor trapesformet metallstang, en åpnerholder (treplate med 2 små hengsler som en liten metallstang passerer gjennom), en griper for flaskeåpneren og en kuleskrue. På metallstangen (koblet til en motor) er åpningsholderen over kuleskruen. Takket være rotasjonen av metallstangen, skapt av motoren, kan kuleskruen gå opp og ned, og kjøre bevegelsen til åpnerholderen med åpneren festet med den. Den lille metallstangen som er klemt inn mellom 4 søyler, forhindrer åpningsholderens rotasjon. I begge ekstremiteter av den lille baren er det plassert to "blokkere". På den måten kan ikke den lille linjen bevege seg horisontalt. I begynnelsen holdes åpneren fast mot flasken. Åpneren går opp og glir over flasken (takket være den avrundede delen) til åpningen til åpningen sitter fast i flasken. På dette tidspunktet vil åpningsmaskinen bruke et dreiemoment for å åpne flasken.

1. Stort hengsel (1 stykke)
2. Treplate (1 stykke)
3. Liten barblokker (2 deler)
4. Liten metallstang (1 stykke)
5. Lite hengsel (2 deler)
6. Åpner (1 stk)
7. Peiling (1 stk.)
8. Åpnerblokkering (1 stykke)
9. Motor + trapesformet stang + kuleskrue (1 stykke)

Trinn 3: Balansemekanisme

Hellingsbalansesystem

Dette systemet består av et balansesystem som på hver side har et flaskeholdersystem og et glassholdersystem. Og i midten er det et monteringssystem for å feste det til aksen.

1. Flaskeholder

Utformingen av flaskeholderen består av 5 store plater som er festet til sidene av balanseringssystemet med en puslespillkonfigurasjon, og det er også en sjette plate nederst, festet med M3 -bolter for å holde Jupiler -bjørnen, så det gjør det ikke ikke gå gjennom. Monteringen til de tre treplatene er også hjulpet med en bolt pluss mutterkonfigurasjon, 4 for hver treplate (2 på hver side).

Det er også implementert en flaskehalsholder for å gripe toppen av flasken. Dette stykket er festet til akselmonteringssystemet, forklart senere.

I tillegg er det implementert 10 3D -trykte sylindere gjennom forsamlingen, for å legge til stivninger i strukturen. Boltene som går gjennom disse sylindrene er M4 og med tilhørende muttere.

Til slutt implementerte vi to brytesensorer for å oppdage flasken som er inne i holderen, for å gjøre det brukte vi en 3D -trykt kroppsholder som er festet til treplatene under og over den.

2. Glassholder

Utformingen av glassholderen er dannet av 2 treplater festet på samme måte som flaskeholderplatene. Det er også 5 3D -trykte sylindere for å legge til stivhet. For å støtte bunnen av Jupiler -glasset, er det halvsylindert stykke der glasset lener seg på. Dette festet jeg gjennom 3 armer som monteres med M4 bolter.

For å støtte de øvre delene av glassene er det implementert to stykker, en for toppen av glasset, så når du dreier balanseringssystemet faller det ikke og en annen som holder den laterale delen av glasset.

3. Axis montere system

Det kreves et system for å feste balansesystemet til den roterende aksen. Vi brukte en konfigurasjon der langsgående stenger (totalt 4) presses til hverandre med M4 bolter og muttere. Og gjennom disse stolpene er det 10 3D -trykte stykker som har en litt større diameter på aksen. For å øke grepet er det to langsgående gummilister mellom aksen og de 3D -trykte brikkene.

4. Balanse treplater

Det er 2 treplater i siden som holder alle holderne i den, og de er festet til aksen gjennom aksessystemet forklart ovenfor.

Overføring

Balansesystemet forklarer reléer til aksens bevegelse, det er en metallstang på 8 mm som er montert i strukturen ved hjelp av 3 lagre og tilhørende lagerholdere.

For å oppnå tilstrekkelig dreiemoment for å utføre hellings roterende bevegelse, brukes en beltetransmisjon. For den lille metallskiven er det brukt en remskive med en skråningsdiameter på 12,8 mm. Den store remskiven har blitt 3D-trykt for å nå det nødvendige forholdet. Akkurat som metallskiven har det blitt skaffet en ekstra del til remskiven for å feste den til den roterende aksen. For å legge spenning på beltet, brukes et eksternt lager på en bevegelig strekkapplikator for å skape forskjellige mengder spenning inne i beltet.

Trinn 4: Elektronikk og Arduino -kode

For elektronikkomponentene anbefales det å se på kravlisten igjen og se hva kinematikken til dette systemet skal være. Det første kravet våre systemer har, er åpnerens vertikale bevegelse. Et annet krav er kraften som må påføres armen for å løsne flaskehetten. Denne kraften er rundt 14 N. For hellingsdelen løses beregningene gjennom Matlab og resulterte i et maksimalt dreiemoment på 1,7 Nm. Det siste kravet som er blitt notert, er brukervennligheten til systemet. Derfor vil bruk av en startknapp være nyttig for å starte mekanismen. I dette kapitlet vil de separate delene bli valgt og forklart. På slutten av kapitlet vil også hele brødbrettdesignet være representert.

Åpningsmekanismen

For å starte må åpningssystemet åpnes for å åpne en flaske øl. Som allerede sagt i innledningen til dette kapitlet, er dreiemomentet som er nødvendig for å fjerne flaskehetten fra flasken 1, 4 Nm. Kraften som påføres på åpnerens arm er 14 N hvis armen er rundt 10 cm. Denne kraften skapes av en friksjonskraft som oppstår ved å snu en tråd gjennom en mutter. Ved å holde mutteren fast i rotasjonsbevegelsen, er den eneste måten mutteren nå kan bevege seg opp og ned. For dette kreves dreiemoment for å sikre at mutteren kan bevege seg opp og ned, og med det må en kraft på 14 N også komme frem. Dette dreiemomentet kan beregnes med formelen nedenfor. Denne formelen beskriver det nødvendige dreiemomentet for å flytte et objekt opp og ned med en viss mengde dreiemoment. Dreiemomentet som trengs er 1,4 Nm. Dette skal være minimum dreiemomentkrav for motoren. Det neste trinnet er å se etter hva slags motor som vil være best tilpasset i denne situasjonen. Åpneren snur en stor mengde omdreininger og ser på dreiemomentet som er nødvendig, er det en god idé å velge en servomotor. Fordelen med en servomotor er at den har et høyt dreiemoment og moderat turtall. Problemet her er at en servomotor har et visst område, mindre enn en full omdreining. En løsning ville være at servomotoren kan 'hackes', dette resulterer i at servomotoren har en fullstendig 360 ° rotasjon og også fortsetter å rotere. Nå, når servomotoren er "hacket", er det nesten umulig å angre disse handlingene og gjøre det normalt igjen. Dette resulterer i at servomotoren ikke kan gjenbrukes i andre prosjekter senere. En bedre løsning er at valget bedre går til en trinnmotor. Denne typen motorer er kanskje ikke de med flest dreiemomenter, men den roterer kontrollert i motsetning til en likestrømsmotor. Et problem som er funnet her er forholdet mellom pris og dreiemoment. Dette problemet kan løses ved å bruke en girkasse. Med denne løsningen vil rotasjonshastigheten til tråden senkes, men dreiemomentet vil være høyere med henvisning til girforholdene. En annen fordel med å bruke en trinnmotor i dette prosjektet er at trinnmotoren kan brukes på nytt for andre prosjekter de neste årene. Ulempen med en trinnmotor med girkasse er den resulterende hastigheten som ikke er så høy. Husk at systemet krever en lineær aktuator der dette unngås av mutteren og gjengemekanismen som også vil gjøre det tregere. Derfor gikk valget til en trinnmotor uten girkasse og umiddelbart forbundet med en gjeng med en glatt mutter inkludert.

For dette prosjektet er en god trinnmotor for applikasjonen Nema 17 med et dreiemoment på 44 Ncm og en pris på 32 euro. Denne trinnmotoren er, som allerede snakket om, kombinert med en tråd og en mutter. For å kontrollere trinnmotoren brukes bruken av en H-bro eller trinnmotordriver. En H-bro har fordelene med å motta to signaler fra Arduino-konsollen, og ved hjelp av en ekstern DC-spenningsforsyning kan H-broen transformere lavspenningssignaler til høyere spenninger på 24 Volt for å forsyne trinnmotoren. På grunn av dette kan trinnmotoren enkelt styres av Arduino gjennom programmering. Programmet finner du i vedlegget. De to signalene som kommer fra Arduino er to digitale signaler, den ene er ansvarlig for rotasjonsretningen og den andre er et PWM -signal som bestemmer hastigheten. Driveren som ble brukt i dette prosjektet for hellemekanismen og åpningsmekanismen er en 'step stick DRV8825 driver' som er i stand til å konvertere PWM -signaler fra Arduino til spenninger fra 8,2 V til 45 V og koster rundt 5 euro hver. En annen idé å huske på er åpnerens sted med henvisning til flaskeåpningen. For å forenkle programmeringsdelen er flaskeholderen laget på en slik måte at begge typer ølflaskeåpninger er i samme høyde. På grunn av dette kan åpneren og indirekte trinnmotoren som er koblet gjennom tråden, nå programmeres for begge flasker i samme høyde. På den måten er det ikke nødvendig med en sensor for å oppdage flaskens høyde.

Hellemekanismen

Som allerede angitt i innledningen til dette kapitlet, er det nødvendige dreiemomentet som trengs for å vippe balanseringssystemet 1,7 Nm. Dreiemomentet beregnes gjennom Matlab ved å sette opp en formel for dreiemomentbalansen i funksjon av den variable vinkelen som glasset og flasken roterer over. Dette gjøres slik at maksimal dreiemoment kan beregnes. For motoren i denne applikasjonen vil den bedre typen være en servomotor. Årsaken til dette er på grunn av det høye dreiemomentet til prisforholdet. Som sagt i forrige avsnitt i åpningsmekanismen, har en servomotor et visst område som den kan rotere i. Et mindre problem som kan løses er rotasjonshastigheten. Rotasjonshastigheten til en servomotor er høyere enn nødvendig. Den første løsningen for dette problemet er å legge til en girkasse der dreiemomentet vil bli forbedret og hastigheten reduseres. Et problem som følger med denne løsningen er at på grunn av girkassen reduseres også servomotorens rekkevidde. Denne nedgangen resulterer i at balanseringssystemet ikke vil kunne rotere sin 135 ° rotasjon. Dette kan løses ved å 'hacke' servomotoren igjen, men det vil resultere i ubrukbarheten til servomotoren som allerede er forklart i forrige avsnitt 'Åpningsmekanismen'. Den andre løsningen for den høye rotasjonshastigheten ligger mer i arbeidet med en servomotor. Servomotoren mates gjennom en spenning på 9 Volt og styres av Arduino-konsollen gjennom et PWM-signal. Dette PWM-signalet gir et signal med hva ønsket vinkel på servomotoren må være. Ved å ta små skritt for å endre vinkelen, kan servomotorens rotasjonshastighet senkes. Men denne løsningen virker lovende, en trinnmotor med girkasse eller beltetransport kan gjøre det samme. Her må dreiemomentet fra trinnmotoren være høyere mens hastigheten må reduseres. For dette brukes påføringen av en beltetransmisjon ettersom det ikke er noen tilbakeslag for denne typen overføring. Denne girkassen har fordelen av å være fleksibel i forhold til en girkasse, hvor begge aksene kan plasseres hvor som helst du vil at den skal være så lenge beltet har spenning på den. Denne spenningen er nødvendig for grepet på begge trinsene, slik at overføringen ikke mister energi ved å glide på remskivene. Forholdet mellom overføringen er valgt med en viss margin for å avbryte utilsiktede problemer som ikke ble tatt i betraktning. På akselen til trinnmotoren er det valgt en remskive med en skråningsdiameter på 12,8 mm. For å realisere margen for dreiemomentet er det valgt en remskive med en skråningsdiameter på 61,35 mm. Dette resulterer i en reduksjon av hastigheten på 1/4,8 og dermed et økt dreiemoment på 2,4 Nm. Disse resultatene ble oppnådd uten å ta hensyn til noen overføringseffektivitet da ikke alle spesifikasjonene til t2.5 -beltet var kjent. For å gi en bedre overføring legges det til en ekstern remskive for å øke kontaktvinkelen med den minste remskiven og øke spenningen inne i beltet.

Andre elektroniske deler

De andre delene i dette designet er tre mikrobrytere og to startknapper. De to siste knappene taler for seg selv og vil bli brukt til å starte prosessen med å åpne ølet mens den andre starter hellemekanismen. Etter at hellingssystemet er startet, vil denne knappen ikke være nyttig før slutten. På slutten av prosessen kan du trykke på knappen igjen, og dette vil sikre at helledelen kan bringes tilbake til sin opprinnelige tilstand. De tre mikrobryterne brukes som sensorer for å oppdage de to typer ølflasker og på den andre siden glassflasken når hellingssystemet når sin endelige posisjon. Her koster knappene som brukes rundt 1 euro hver og mikrobryterne er 2,95 euro hver.

For å drive, Arduino er behovet for en ekstern spenningsforsyning nødvendig. Derfor brukes en spenningsregulator. Dette er en nedbryteregulator LM2596 som gjør det mulig å konvertere en spenning fra 24 V til 7,5 V. Denne 7,5 V vil bli brukt til å drive Arduino slik at ingen datamaskin skal brukes i prosessen. Databladet ble også sjekket for strømmen som er gitt eller kan gis. Maksimal strøm er 3 A.

Designet for elektronikken

I denne delen vil oppsettet for elektronikken bli ivaretatt. Her, på brødbrettfiguren, er oppsettet eller designet vist. Den beste måten å starte her er å gå fra spenningsforsyningen i nedre høyre hjørne og gå til Arduino og delsystemene. Som det kan sees på figuren, er det første som er på banen mellom spenningsforsyningen og brødbrettet en manuell bryter som er lagt til at alt kan drives umiddelbart med et enkelt bryter. Etterpå plasseres en kondensator på 47 mikro Farad. Denne kondensatoren er ikke obligatorisk på grunn av bruk av en spenningsforsyning og dens karakteristikk for umiddelbart å gi den nødvendige strømmen som er med andre forsyningsmodeller, ikke noen ganger tilfelle. Til venstre for kondensatorene er to LM2596 -drivere (ikke de samme bildene, men det samme oppsettet) plassert for styring av trinnmotoren. Det siste som er koblet til 24 V -kretsen er spenningsregulatoren. Dette er presentert i denne figuren av den mørkeblå firkanten. Inngangene er bakken og 24 V, utgangene er 7,5 V og bakken som er koblet til bakken til 24 V -inngangen. Utgangen eller 7,5 V fra spenningsregulatoren kobles deretter til Vin fra Arduino -konsollen. Arduinoen blir deretter drevet og i stand til å levere en 5 V spenning. Denne 5 V spenningen sendes til de 3 mikrobryterne representert med knappene på venstre side. Disse har samme oppsett som knapper hvorav to er plassert i midten. Hvis knappen eller bryteren trykkes i en spenning på 5V, sendes den til Arduino -konsollen. Hvis sensorene eller knappene ikke trykkes i bakken og Arduino -inngangen er knyttet til hverandre, noe som ville representere en lav inngangsverdi. De siste undersystemene er de to stepper -driverne. Disse er knyttet til høyspenningskretsen på 24 V, men må også kobles til 5 V på Arduino. På figuren på brødbrettet kan en blå og grønn ledning også sees, de blå ledningene er for et PWM-signal som regulerer og stiller inn hastigheten på steppemotoren. De grønne ledningene angir retningen som trinnmotoren trenger for å rotere.

I den andre figuren, figuren med stepperdriveren, er tilkoblingen til trinnmotordriverne vist. Her kan man se at det er tre tilkoblinger M0, M1 og M2 er ikke tilkoblet. Disse bestemmer hvordan hvert skritt skal tas. På den måten den er satt opp akkurat nå, er alle tre koblet til bakken med en indre motstand på 100 kilo Ohm. Hvis du setter alle tre inngangene på lavt vil det skape et fullt steg med hver PWM-puls. Hvis du setter opp alle tilkoblinger til High, vil hver PWM-puls resultere i 1/32 av et trinn. I dette prosjektet er hele trinnkonfigurasjonen valgt, for fremtidige prosjekter kan dette komme godt med i tilfelle du senker hastigheten.

Trinn 5: Testing av systemet

Det siste trinnet er å teste mekanismene og se om de faktisk fungerer. Derfor er den eksterne spenningsforsyningen koblet til maskinens høyspenningskrets mens grunnen også er tilkoblet. Som sett i de to første videoene ser det ut til at begge trinnmotorene fungerer, men så snart alt er koblet til hverandre i strukturen et sted i kretsen vår, ser det ut til å skje en kortslutning. På grunn av det dårlige designvalget for å ha et lite mellomrom mellom flyene, er feilsøkingsdelen veldig vanskelig. Når jeg så på den tredje videoen, var det også problemer med motorens hastighet. Løsningen på dette var å øke forsinkelsen i programmet, men så snart forsinkelsen er for høy ser det ut til at trinnmotoren vibrerer.

Trinn 6: Tips og triks

For denne delen ønsker vi å konkludere med noen punkter som vi lærte gjennom dette prosjektet. Her blir tips og triks om hvordan du starter produksjonen og hvordan du løser mindre problemer forklart. Fra å begynne med monteringen til å lage hele designet på en PCB.

Tips og triks:

Montering:

• For 3D-utskrift, med funksjonen live-justering på Prusa 3D-skrivere, kan man justere avstanden mellom dysen og utskriftssengen.
• Som sett i prosjektet vårt, prøvde vi å gå for en struktur med så mye tre som mulig, ettersom de er de raskeste som er gjort av en laserskjærer. Ved ødelagte deler kan de enkelt byttes ut.
• Med 3D-utskrift, prøv å gjøre objektet ditt så lite som mulig, men ha de mekaniske egenskapene det trenger. Ved feilaktig utskrift vil du ikke ta så lang tid å skrive ut på nytt.

Elektronikk:

• Før du starter prosjektet, start med å søke etter alle databladene for hver komponent. Dette vil ta litt tid i starten, men vil sørge for å være verdt tiden din i det lange løp.
• Når du lager din PCB, må du kontrollere at du har en plan for PCB med hele kretsen. Et brødbrettopplegg kan hjelpe, men transformasjonen mellom begge kan noen ganger være litt vanskeligere.
• Noen ganger kan det begynne enkelt å jobbe med elektronikk og utvikle seg kompleks ganske raskt. Prøv derfor å bruke litt farge på PCB -en med hver farge som tilsvarer en bestemt betydning. På den måten, i tilfelle et problem, kan dette lettere bli løst
• Arbeid på en stor nok kretskort slik at du kan forhindre kryssede ledninger og holde oversikt over kretsen, dette kan redusere muligheten for kortslutning.
• Hvis det oppstår problemer med kretsen eller kortslutningen på kretskortet, kan du prøve å feilsøke alt i sin mest enkle form. På den måten kan problemet eller problemene dine bli løst lettere.
• Vårt siste tips er å jobbe på et rent skrivebord, gruppen vår hadde korte ledninger over hele skrivebordet som skapte en kortslutning i vår øvre spenningskrets. En av disse små ledningene var årsaken og brøt en av stepper -driverne.

Trinn 7: Tilgjengelige kilder

Alle CAD-filer, Arduino-kode og videoer av dette prosjektet finner du i følgende dropbox-lenke:

Videre er også følgende kilder verdt å sjekke:

- OpenSCAD: Parametrisk remskive - mange tannprofiler av droftarts - Thingiverse

- Grabcad: Dette er et flott fellesskap for å dele cadfiler med andre mennesker: GrabCAD: Design Community, CAD Library, 3D Printing Software

-Slik styrer du en trinnmotor ved hjelp av en stepperdriver: