Bubble Wrap Maler: 8 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Som en del av vårt "Mechatronics 1 - MECA -Y403" Master 1 -kurs ved ULB ble vi bedt om å designe en robot som utfører en bestemt funksjon og lage et nettsted som oppsummerer designen av roboten, med valg av materialer, modellering, realisering og koden som lar hele systemet fungere. Hele gruppen valgte enstemmig å realisere "Bubble Wrap Painter" -roboten.

"Bubble Wrap Painter" er en enhet som er i stand til å injisere maling i noen bobler i boblen, fra en spenningskontroll levert av datamaskinen. I utgangspunktet måtte roboten kunne injisere væsken i et 2D -plan for å kunne lage en flekktegning. Av økonomiske og praktiske årsaker har gruppen imidlertid trukket seg tilbake for å injisere maling på en 1D -bane. Roboten fungerer som følger: et snekkeskruesystem brukes til å trykke på stempelet på en sprøyte som opprinnelig var fylt med maling. Sprøyten er koblet til et fleksibelt polypropylenrør som gjør at malingen kan ledes til en metallspiss festet til mobilmodulen. Denne modulen er i stand til å gli langs en horisontal akse, igjen ved hjelp av et ormesystem. Spissen er derimot festet til en lineær elektromagnet som også er festet til mobilmodulen. Elektromagneten brukes til å stikke boblen som er festet på en vertikal plate. Når boblen er gjennomboret, injiseres malingen i den og så videre.

Trinn 1: Beskrivelse av deler og verktøy

KJØP

2 Bjelkekoblinger 5 mm til 6 mm

1 sprøyte med 10 ml (7, 5 cm lang)

1 rør i fleksibelt polypropylen med en diameter på 4 mm

1 nål med sikkerhetslokket

Gouache fortynnet med vann

2 gjengestenger: diameter 6 mm og 18,5 cm lange

2 glatte stenger med en diameter på 8 mm og 21 cm lange

2 glatte stenger med en diameter på 8 mm og en lengde på 10 cm

Bobleplast

ELEKTRONIKK

1 brødbrett

1 arduino

1 trinnmotor

1 trinnmotor RS PRO Hybrid, permanent magnet Stepper Motor 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 ledninger

2 mikrobrytere V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Strømforsyning

2 banankontakter

45 hoppetråder

6 ledende kabler

Diode 1N4007

Transistor IRF5402

3 motstander 4, 7 kohm

2 DRV8825 drivere

1 trykknappbryter

SKRUE, NØTTER OG FIKSJONER

42 skruer M3 16 mm lange

4 skruer M3 10 mm lang

4 skruer M4 16 mm lange

2 skruer M2, 5 16 mm lange

52 tilsvarende muttere

2 stålskive M3

BRUKTE VERKTØY

Laserskjæremaskin

3D -skriver (Ultimaker 2 eller Prusa)

Skrujern

Trinn 2: CAD -filer

LASERKLIPP med en tykkelse på 3 mm

-støtteplater

-støtte for å løfte bryteren

-flyttende støtte for nålen

-bobleholder

-4 forsterkende støtte

3D -UTSKRIFT

-støtte for motoren

-støtte gjengestangen

-sprøytepumpe

-støtte for nålen

-støtte for sprøyten

Trinn 3: Montering

Til å begynne med designet vi en trebase som består av tre forskjellige elementer: en bunnplate, en vertikal plate og en trekantet plate for å holde alt sammen.

Du kan se på bildet at de forskjellige platene har gjentatte T-formede mønstre. Disse mønstrene brukes til å fikse monteringen og la basen være robust. De to bryterne er plassert på stempelet og på mobilmodulen. Dette gjør det mulig å gi henholdsvis en referanse om stempelets maksimale ekspansjon og en referanse til den ekstreme høyre posisjonen til mobilmodulen.

I tillegg er trinnmotorene festet med fire skruer til en støtte laget med en 3D-skriver. På denne støtten tillater to vinkelrette hull fiksering til den vertikale platen. Gjengestengene som er koblet til motorens to rotasjonsakser, så vel som de fire glatte stengene, holdes av ekstra støtter plassert på motpoden til motorene. I tillegg til dette brukes kontakter for å feste gjengestangen til trinnmotorens rotasjonsakse.

Sprøyten er også festet med en brakett som skrus på den horisontale platen. Stempelet kan presses ved hjelp av et trapesformet stykke som går langs gjengestangen mens den roterer. Denne delen har et hull i interiøret som er utstyrt med en mutter. Denne mutteren lar den trapesformede delen bevege seg.

Røret er koblet til sprøyten ved ganske enkelt å koble det til enden av sprøyten. Den andre enden av røret sitter fast i ringen på et lite hvitt PLA -stykke. Metallspissen som opprinnelig var en del av sprøyten er også festet på enden av røret. Vi har lagt sprøytehetten på nålen for bedre å fylle diameteren på det hvite stykket. Hetten har et hull i enden for å la nålespissen passere. Denne lille hvite delen er skrudd med to skruer på glideplaten til mobilmodulen.

Mobilmodulen består av et sett med tredeler festet på samme måte som platene som utgjør basen. Modulen danner en eske med tre hull for å ta imot de to glatte stengene og gjengestangen. Inne i denne boksen er to muttere som gjør at modulen kan flyttes. Topplaten på modulen glir langs to glatte stenger. I modulens indre sentrum er det en fast plate som holder den lineære elektromagneten. Dette gjør at skyveplaten kan foreta lineære bevegelser frem og tilbake.

Det er to trebraketter som gjør at to perforerte tunger kan festes direkte til den vertikale platen ved hjelp av skiver som er blokkert av skruene. Disse to tappene kiler en stripe med bobleplast i midten. Boblepapiret her inneholder syv bobler som tilsvarer de 7 bitene som er kodet av datamaskinen.

På den andre siden av den vertikale platen er kretskortet og arduinoen. PCB limes til den horisontale platen ved hjelp av et limsystem som i utgangspunktet er tilstede og arduinoen skrues til bunnplaten. I tillegg til dette er det en resistiv skillevegg som er koblet til kretskortet som er skrudd fast i trekanten av tre. (BILDE: baksiden av systemet)

*Hver av skruene som er en del av systemet er konsolidert med passende bolter.

Trinn 4: Elektronikk og sensorer

Vi må kjenne posisjonen til den øvre trinnmotoren når bobleplastmaleren startes for å nå boblenes eksakte posisjoner. Dette er målet med den første bryteren. Hver gang enheten trekker en linje, roterer motoren til bryteren endrer tilstand.

Vi trenger en ny bryter for å vite når stepper som skyver på sprøyten har nådd slutten av stempelet. Den andre bryteren brukes til å stoppe systemet når sprøyten er tom. En tredje valgfri bryter kan fortsette maleriet når sprøyten er fylt ut. Disse bryterne bruker lave spenninger og kan leveres direkte av arduinoen. De to trinnmotorene og magneten trenger mer strøm og leveres av en kraftgenerator som leverer 12V og 1A. To DRV8825 steppermotordrivere omdanner signalene fra arduinoen til en strøm for motorene. Disse driverne må kalibreres. Kalibreringen utføres ved å få en stepper til å rotere med konstant hastighet og justere skruen til føreren er tilstrekkelig til å bevege nålen og støtten jevnt. Det siste elementet er elektromagneten. En nedtrekksmotstand brukes til å tilbakestille mosfeten når ingen strøm sendes av arduinoen. For å beskytte de andre elektronikkdelene, er det også lagt en flyback -diode til elektromagneten. Mosfeten bytter magnet mellom høy og lav tilstand.

Trinn 5: Python -kode

For kommunikasjon mellom datamaskinen og arduino ved hjelp av python, baserte vi oss på kodene som er gitt på dette forumet:

For å kontrollere trinnmotoren var dette nettstedet veldig nyttig: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Og for å forstå det grunnleggende i arduino, var 'arduino projects book' også veldig hjelpsom. Det er to deler av koden: den første er en pythonkode som konverterer en bokstav i den ascii binære koden og sender den bit for bit til arduinoen, og den andre er en arduino -kode som spader i de tilsvarende boblene. Følgende flytdiagram forklarer prinsippet for arduino -koden:

Trinn 6: Video

Arbeidsprosjektet!

Trinn 7: Forbedringer

Prosjektet kan forbedres på flere måter. For det første kan antallet bobler på en linje enkelt økes. Dette kan gjøres ved å ta lengre binære koder, ved å skrive to bokstaver ved oppføringen i stedet for en for eksempel. ASCII -koden blir da to ganger lengre.

Den viktigste forbedringen ville være å kunne fylle ut boblene ikke bare langs x-aksen, men også langs y-aksen. Boblefylling vil derfor gjøres i 2D i stedet for 1D. Den enkleste måten å gjøre dette på er å variere høyden på boblepapiret, i stedet for å heve og senke motoren. Dette betyr at du ikke henger kanten av boblepapirholderen på tallerkenen, men på en 3D -trykt støtte. Denne støtten vil være koblet til en gjenget stang, selv koblet til en trinnmotor.

Trinn 8: Problemer oppstått

Hovedproblemet vi måtte håndtere er elektromagneten. For å unngå å ha en tung og tung tredje motor, så det ut til at elektromagneten var det perfekte kompromisset. Etter noen tester viste stivheten seg konstant å være for lav. Så en andre vår måtte legges til. Dessuten kan den bare bevege seg veldig lett. Arrangementet av de forskjellige elementene måtte revideres.

Sprøytepumpen var også et problem. For det første måtte en modell modelleres som kunne festes til den endeløse stangen og skyve på stemplet samtidig. For det andre var spenningsfordelingen viktig for å unngå at delen brytes. Dessuten er de 2 trinnmotorene ikke de samme: de har ikke de samme egenskapene, det som tvang oss til å legge til en spenningsdeler. Vi måtte bruke vannmaling (fortynnet gouache i vårt tilfelle), fordi en for tykk maling ikke ville passere i nålen og ville forårsake for mye trykktap i røret.