Bubble Wrap Painter: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Là một phần của khóa học Thạc sĩ 1 "Cơ điện tử 1 - MECA-Y403" của chúng tôi tại ULB, chúng tôi được yêu cầu thiết kế một robot thực hiện một chức năng cụ thể và tạo một trang web tóm tắt thiết kế của robot, bắt đầu bằng việc lựa chọn vật liệu, mô hình hóa, hiện thực hóa và mã cho phép toàn bộ hệ thống hoạt động. Cả nhóm nhất trí chọn hiện thực hóa robot "Họa sĩ quấn bong bóng".

"Bubble Wrap Painter" là một thiết bị có khả năng bơm sơn vào một số bong bóng của màng bọc bong bóng từ bộ điều khiển điện áp do máy tính cung cấp. Ban đầu, robot phải có khả năng bơm chất lỏng vào một mặt phẳng 2D để tạo ra một bản vẽ điểm. Tuy nhiên, vì lý do kinh tế và thực tế, nhóm đã rút lui để bơm sơn theo quỹ đạo 1D. Robot hoạt động như sau: một hệ thống vít xoắn được sử dụng để nhấn pít-tông của một ống tiêm ban đầu được đổ đầy sơn. Ống tiêm được kết nối với một ống polypropylene linh hoạt cho phép dẫn sơn vào một đầu kim loại gắn với mô-đun di động. Mô-đun này có thể trượt dọc theo trục ngang, một lần nữa nhờ hệ thống con sâu. Mặt khác, đầu mút được gắn với một nam châm điện tuyến tính cũng được gắn vào mô-đun di động. Nam châm điện được sử dụng để châm vào bọc bong bóng được cố định trên một tấm thẳng đứng. Một khi bong bóng bị xuyên thủng, sơn sẽ được bơm vào đó và cứ tiếp tục như vậy.

Bước 1: Mô tả các bộ phận và công cụ

MUA

2 Khớp nối chùm 5mm đến 6mm

1 ống tiêm 10 ml (dài 7, 5 cm)

1 ống bằng polypropylene dẻo có đường kính 4mm

1 kim với mũ an toàn của anh ấy

Bột màu pha loãng với nước

2 thanh ren: đường kính 6mm và dài 18, 5cm

2 que nhẵn có đường kính 8mm và dài 21 cm

2 que nhẵn có đường kính 8mm và dài 10 cm

Bọc bong bóng

THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ

1 breadboard

1 arduino

1 động cơ bước

1 động cơ bước RS PRO Hybrid, Động cơ bước nam châm vĩnh cửu 1,8 °, 0,22Nm, 2,8 V, 1,33 A, 4 dây

2 công tắc vi mô V-156-1C25

1 nam châm điện ZYE1-0530

Nguồn cấp

2 đầu nối chuối

45 dây nhảy

6 cáp dẫn điện

Diode 1N4007

Transistor IRF5402

3 điện trở 4, 7 kohm

2 trình điều khiển DRV8825

1 nút nhấn công tắc

VÍT, NUÔI VÀ CỐ ĐỊNH

42 vít M3 dài 16 mm

4 vít M3 dài 10 mm

4 vít M4 dài 16 mm

2 vít M2, 5 dài 16 mm

52 loại hạt tương ứng

2 máy giặt trơn bằng thép M3

CÔNG CỤ ĐÃ SỬ DỤNG

Máy cắt laser

Máy in 3D (Ultimaker 2 hoặc Prusa)

Cái vặn vít

Bước 2: Tập tin CAD

CẮT LASER với độ dày 3 mm

-các tấm hỗ trợ

-hỗ trợ nâng công tắc

- hỗ trợ di chuyển cho kim

- người giữ bóng

-4 hỗ trợ tăng chiều cao

IN 3D

-hỗ trợ cho động cơ

-hỗ trợ thanh ren

-bơm kim tiêm

-hỗ trợ cho kim

- hỗ trợ cho ống tiêm

Bước 3: Lắp ráp

Để bắt đầu, chúng tôi thiết kế một đế gỗ được tạo thành từ 3 yếu tố khác nhau: tấm đáy, tấm dọc và tấm hình tam giác để giữ mọi thứ lại với nhau.

Bạn có thể thấy trong hình là các tấm khác nhau có hoa văn hình chữ T lặp lại. Những mẫu này được sử dụng để cố định bộ phận lắp ráp và cho phép phần đế trở nên chắc chắn. Hai công tắc được đặt trên piston và trên mô-đun di động. Điều này cho phép đưa ra tham chiếu tương ứng về độ giãn nở tối đa của pít-tông và tham chiếu về vị trí cực bên phải của mô-đun di động.

Ngoài ra, các động cơ stepp được cố định bằng bốn vít vào một giá đỡ được tạo bằng máy in 3D. Trên giá đỡ này, hai lỗ vuông góc cho phép cố định tấm thẳng đứng. Các thanh ren nối với hai trục quay của động cơ cũng như bốn thanh trơn được giữ bằng các giá đỡ bổ sung đặt tại bộ giải mã của động cơ. Ngoài ra, các đầu nối được sử dụng để cố định thanh ren vào trục quay của động cơ stepp.

Ống tiêm cũng được cố định bằng một giá đỡ được vặn vào tấm ngang. Pít tông của nó có thể được ép bằng một miếng hình thang chạy dọc theo thanh ren khi nó quay. Phần này có một lỗ bên trong được lắp bằng đai ốc. Đai ốc này cho phép phần hình thang di chuyển.

Ống được kết nối với ống tiêm bằng cách chỉ cần cắm nó vào cuối ống tiêm. Đầu còn lại của ống được mắc vào vòng một mảnh PLA nhỏ màu trắng. Đầu kim loại ban đầu là một phần của ống tiêm cũng đã được gắn chặt vào phần cuối của ống. Chúng tôi đã thêm nắp ống tiêm vào kim để lấp đầy đường kính của mảnh trắng tốt hơn. Nắp có một lỗ ở cuối để cho đầu kim đi qua. Phần nhỏ màu trắng này được vặn bằng hai vít trên tấm trượt của mô-đun di động.

Mô-đun di động bao gồm một tập hợp các bộ phận bằng gỗ được cố định giống như các tấm tạo nên đế. Môđun tạo thành một hộp có ba lỗ để nhận hai thanh trơn và thanh ren. Bên trong hộp này có hai đai ốc cho phép di chuyển mô-đun. Tấm trên cùng của mô-đun trượt dọc theo hai thanh nhẵn. Tại tâm bên trong của mô-đun ở đó, một tấm cố định giữ nam châm điện tuyến tính. Điều này cho phép tấm trượt thực hiện các chuyển động tuyến tính qua lại.

Có hai giá đỡ bằng gỗ cho phép hai lưỡi đục lỗ được cố định trực tiếp vào tấm thẳng đứng bằng cách sử dụng vòng đệm được chặn bằng vít. Hai tab này chèn một dải bong bóng bọc ở trung tâm của chúng. Bong bóng giấy ở đây chứa bảy bong bóng tương ứng với 7 bit được máy tính mã hóa.

Ở phía bên kia của tấm dọc là PCB và arduino. PCB được dán vào tấm ngang bằng hệ thống dán ban đầu và arduino được vặn vào tấm dưới cùng. Ngoài ra, có một bộ chia điện trở kết nối với PCB được vặn vào phần hình tam giác bằng gỗ. (HÌNH ẢNH: mặt sau của hệ thống)

* Mỗi vít là một phần của hệ thống được cố định bằng các bu lông phù hợp.

Bước 4: Điện tử và cảm biến

Chúng ta cần biết vị trí của động cơ bước trên khi bắt đầu thợ sơn bọc bong bóng để tiếp cận vị trí chính xác của các bong bóng. Đây là mục tiêu của công tắc đầu tiên. Mỗi khi thiết bị đang vẽ một đường, động cơ sẽ quay cho đến khi công tắc thay đổi trạng thái.

Chúng ta cần một công tắc khác để biết khi nào bước đẩy trên ống tiêm đã đến cuối piston. Công tắc thứ hai được sử dụng để dừng hệ thống khi ống tiêm rỗng. Một công tắc tùy chọn thứ ba có thể tiếp tục sơn khi ống tiêm đã được lấp đầy. Các công tắc này sử dụng điện áp thấp và có thể được cung cấp trực tiếp bởi arduino. Hai động cơ bước và nam châm cần nhiều điện hơn và được cung cấp bởi một máy phát điện cung cấp 12V và 1A. Hai trình điều khiển động cơ bước DRV8825 biến đổi tín hiệu từ arduino thành dòng điện cho động cơ. Các trình điều khiển này cần được hiệu chỉnh. Việc hiệu chuẩn được thực hiện bằng cách làm cho một bước quay với tốc độ không đổi và điều chỉnh vít của bộ điều khiển cho đến khi đủ mô-men xoắn để chuyển động trơn tru kim và giá đỡ. Yếu tố cuối cùng là nam châm điện. Một điện trở kéo xuống được sử dụng để thiết lập lại mosfet khi không có dòng điện nào được gửi bởi arduino. Để bảo vệ các bộ phận điện tử khác, một diode flyback cũng được thêm vào nam châm điện. MOSFET đang chuyển đổi nam châm giữa các trạng thái cao và thấp.

Bước 5: Mã Python

Để giao tiếp giữa máy tính và arduino bằng python, chúng tôi dựa trên các mã được cung cấp trên diễn đàn này:

Để điều khiển động cơ bước, trang web này rất hữu ích: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Và để hiểu những điều cơ bản về arduino, 'cuốn sách dự án arduino' cũng được rất hữu ích. Có hai phần của mã: phần đầu tiên là mã python chuyển đổi một ký tự trong mã nhị phân ascii và gửi nó từng chút một đến arduino, và phần thứ hai là mã arduino nằm trong các bong bóng tương ứng. Lưu đồ sau giải thích nguyên tắc của mã arduino:

Bước 6: Video

Dự án đang hoạt động!

Bước 7: Cải tiến

Dự án có thể được cải thiện theo một số cách. Thứ nhất, số lượng bong bóng trên một dòng có thể dễ dàng tăng lên. Điều này có thể được thực hiện bằng cách lấy các mã nhị phân dài hơn, bằng cách viết hai chữ cái vào mục nhập thay vì một chữ cái chẳng hạn. Mã ASCII sau đó sẽ dài hơn gấp đôi.

Cải tiến quan trọng nhất là có thể lấp đầy các bong bóng không chỉ dọc theo trục x mà còn dọc theo trục y. Do đó, việc lấp đầy bong bóng sẽ được thực hiện ở dạng 2D thay vì 1D. Cách dễ nhất để làm điều này là thay đổi chiều cao của giấy bong bóng, thay vì nâng và hạ mô tơ. Điều này có nghĩa là không treo mép của giá đỡ giấy bong bóng trên đĩa mà trên giá đỡ được in 3D. Giá đỡ này sẽ được kết nối với một thanh ren, bản thân nó được kết nối với động cơ bước.

Bước 8: Sự cố gặp phải

Vấn đề chính mà chúng tôi phải giải quyết là nam châm điện. Thật vậy, để tránh có một động cơ thứ ba cồng kềnh và nặng nề, nam châm điện dường như là sự thỏa hiệp hoàn hảo. Sau một số thử nghiệm, độ cứng liên tục được chứng minh là quá thấp. Vì vậy, một mùa xuân thứ hai phải được thêm vào. Hơn nữa, nó chỉ có thể di chuyển tải rất nhẹ. Sự sắp xếp của các yếu tố khác nhau đã phải được sửa đổi.

Bơm ống tiêm cũng là một vấn đề. Đầu tiên, một bộ phận phải được mô hình hóa để có thể được nối vào thanh vô tận và đẩy pít-tông cùng một lúc. Thứ hai, sự phân bố ứng suất là rất quan trọng để tránh phần bị gãy. Hơn nữa, 2 động cơ bước không giống nhau: chúng không có đặc điểm giống nhau, điều gì buộc chúng tôi phải thêm một bộ phân áp. Chúng tôi phải sử dụng sơn nước (trong trường hợp của chúng tôi là bột màu pha loãng), vì sơn quá dày sẽ không thể đi qua kim và sẽ làm mất áp suất quá nhiều trong đường ống.