PrintBot: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

PrintBot là một máy in kim được gắn trên iRobotCreate. PrintBot in bằng bột Talcum trên bất kỳ bề mặt nền nào. Sử dụng rô bốt làm đế cho phép rô bốt in với kích thước hầu như không giới hạn. Hãy nghĩ đến các sân bóng đá hoặc sân bóng rổ. Có lẽ các đối thủ nên đề phòng một đợt cuối tuần lễ tạ ơn này vào năm sau. robot cũng cho phép máy in di động, cho phép nó di chuyển đến một vị trí để in, sau đó chuyển sang vị trí khác. Không dây được bao gồm, vì vậy điều khiển từ xa cũng có thể. Nghệ thuật và quảng cáo trên vỉa hè cũng là thị trường mục tiêu của thiết bị này.

Bước 1: Tạo IRobot

IRobot Create rất giống với Roomba của iRobot, nhưng không có chân không bên trong. Điều này cho phép chúng tôi thêm một trọng tải lớn hơn và cung cấp cho chúng tôi các lỗ lắp thuận tiện. iRobot cũng cung cấp một giao diện lập trình hoàn chỉnh cho Create giúp việc điều khiển robot trở nên rất đơn giản. Giao diện là một tập hợp các lệnh và thông số đơn giản được gửi tuần tự tới rô bốt. Đọc thông số kỹ thuật của Giao diện mở để biết thêm thông tin. Để sử dụng đơn giản, chúng tôi chỉ yêu cầu một số lệnh. Khi khởi tạo, lệnh 128 phải được gửi để yêu cầu robot bắt đầu chấp nhận điều khiển bên ngoài. Tiếp theo, một chế độ phải được chọn. Để có toàn quyền kiểm soát, chúng tôi gửi lệnh 132 đến Create. Lưu ý rằng bạn phải gửi tất cả dữ liệu đến Tạo dưới dạng số nguyên, không phải văn bản ascii thông thường. Mỗi opcode lệnh là một byte, giá trị của byte đó là giá trị số nguyên 128 hoặc bất cứ thứ gì. Nếu bạn truyền dưới dạng văn bản ascii hoặc ansi, mỗi ký tự trong 128 sẽ là một byte. Để kiểm tra hoặc kiểm soát qua PC, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng Realterm vì nó làm cho mọi thứ rất đơn giản. Bạn cũng sẽ cần đặt tốc độ Baud thành 57600 như đã nêu trong tài liệu Giao diện mở. Bây giờ Khởi tạo được khởi chạy, chúng tôi sử dụng lệnh 137 để điều khiển rô bốt về phía trước. Khoảng cách Chờ, 156 được sử dụng để dừng robot sau một khoảng cách xác định. Các lệnh tập lệnh 152 và 153 kết hợp mọi thứ lại với nhau và tạo ra một tập lệnh đơn giản có thể chạy đi chạy lại. IRobot bán cái mà họ gọi là Mô-đun lệnh, về cơ bản là một bộ điều khiển vi mô có thể lập trình và một vài cổng nối tiếp mà bạn có thể sử dụng để điều khiển Tạo của mình. Thay vào đó, chúng tôi sử dụng Hệ thống lập trình Cypress trên chip (PSoC) kết hợp với một PC x86 rất nhỏ gọi là eBox 2300. Robot có pin 18V mà chúng tôi sẽ sử dụng để cung cấp năng lượng cho tất cả các thiết bị ngoại vi của mình.

Bước 2: Tháo gỡ máy in và điều khiển động cơ

Chúng tôi đã sử dụng một máy in phun mực cũ của Epson cho chuyển động ngang của máy in và cụm gắn đầu in. Điều đầu tiên cần làm ở đây là cẩn thận tháo rời máy in. Điều này yêu cầu loại bỏ tất cả các thành phần không cần thiết cho đến khi tất cả những gì còn lại là cụm rãnh, động cơ, giá đỡ đầu in và dây đai truyền động. Hãy cẩn thận để không làm đứt dây đai này hoặc động cơ truyền động của nó. Nó cũng có thể bị cắt để chọc xung quanh bằng đồng hồ đo vôn trước khi bạn xé tất cả các bảng điện, nhưng chúng tôi đã hơi quá phấn khích vì điều đó. Lưu ý rằng bạn không cần bất kỳ cụm nguồn cấp trang, đầu in hoặc hộp mực thực tế hoặc bất kỳ bảng mạch nào. Sau khi mọi thứ được tháo rời, chúng ta phải tìm ra cách điều khiển động cơ này. Vì chúng tôi xé toạc mọi thứ trước khi thử nghiệm bất cứ thứ gì, chúng tôi cần tìm điện áp thích hợp để cung cấp cho động cơ. Bạn có thể thử tìm thông số kỹ thuật của động cơ trực tuyến nếu bạn có thể tìm thấy số kiểu máy, nhưng thiếu số đó, hãy nối nó với nguồn điện một chiều và từ từ tăng điện áp vào động cơ. Chúng tôi đã may mắn và nhận thấy động cơ của chúng tôi có thể chạy trên 12-42V, nhưng để chắc chắn, chúng tôi đã kiểm tra nó theo cách thủ công như mô tả. Chúng tôi nhanh chóng phát hiện ra ngay cả ở 12V, động cơ sẽ chạy quá nhanh. Giải pháp ở đây là sử dụng Pulse-Width-Modulation (PWM). Về cơ bản, điều này sẽ bật và tắt động cơ rất nhanh để quay động cơ ở tốc độ chậm hơn. Pin của chúng tôi cung cấp 18V, vì vậy để giúp cuộc sống dễ dàng, chúng tôi sẽ tắt động cơ như cũ. Khi sử dụng động cơ DC phải đảo chiều trong mạch, bạn sẽ gặp phải dòng điện ngược lớn trong mạch khi đảo chiều động cơ. Về cơ bản, động cơ của bạn hoạt động như một máy phát điện khi nó đang dừng và đảo chiều. Để bảo vệ bộ điều khiển của bạn khỏi điều này, bạn có thể sử dụng cái được gọi là H-Bridge. Đây thực chất là 4 bóng bán dẫn được sắp xếp theo hình chữ H. Chúng tôi đã sử dụng một sản phẩm từ Acroname. Đảm bảo rằng trình điều khiển bạn chọn có thể xử lý dòng điện cần thiết cho động cơ của bạn. Động cơ của chúng tôi được đánh giá là 1A liên tục, vì vậy bộ điều khiển 3A có rất nhiều chỗ trống. Bảng này cũng cho phép chúng ta điều khiển hướng của động cơ đơn giản bằng cách điều khiển đầu vào cao hoặc thấp cũng như phanh (dừng động cơ và giữ nó ở vị trí) động cơ theo cùng một cách.

Bước 3: Đầu in

Phần lớn cụm đầu in ban đầu có thể được gỡ bỏ. Chúng tôi được để lại với một hộp nhựa giúp dễ dàng gắn đầu in của chúng tôi. Một động cơ DC 5V nhỏ được gắn với một mũi khoan. Bit được chọn có đường kính càng gần với đường kính của phễu càng tốt. Điều này sẽ cho phép mũi khoan lấp đầy toàn bộ lỗ thoát của phễu. Khi bit quay, bột đi vào các rãnh và xoay theo bit về phía lối ra. Bằng cách xoay từng bit một, chúng ta có thể tạo ra một pixel có kích thước liên tục. Điều chỉnh cẩn thận sẽ được yêu cầu để làm cho mọi thứ vừa phải. Ban đầu, chúng tôi gặp vấn đề với bột chỉ đơn giản là phun khắp nơi, nhưng bằng cách thêm một cái phễu thứ hai và nâng mũi khoan lên, việc rơi lâu hơn khi bị ép vào cái phễu sẽ tạo ra một điểm ảnh sạch.

Vì động cơ này chỉ phải được điều khiển bật hoặc tắt, nên không cần thiết cầu H ở đây. Thay vào đó, chúng tôi sử dụng một bóng bán dẫn đơn giản mắc nối tiếp với kết nối đất của động cơ. Cổng của bóng bán dẫn được điều khiển bởi một đầu ra kỹ thuật số từ bộ điều khiển vi mô của chúng tôi giống như đầu vào kỹ thuật số của cầu H. PCB nhỏ bên cạnh động cơ DC là cảm biến đen trắng hồng ngoại. Bo mạch này chỉ xuất ra tín hiệu kỹ thuật số cao hoặc thấp khi cảm biến nhìn thấy màu đen hoặc trắng tương ứng. Kết hợp với dải mã hóa đen trắng cho phép chúng ta biết vị trí của đầu in tại mọi thời điểm bằng cách đếm chuyển đổi từ đen sang trắng.

Bước 4: Bộ vi điều khiển

Cypress PSoC tích hợp tất cả các tùy chọn riêng biệt của phần cứng. Một bảng phát triển Cypress cung cấp một giao diện dễ dàng để làm việc với PSoC và kết nối các thiết bị ngoại vi. PSoC là một chip có thể lập trình được nên chúng ta thực sự có thể tạo phần cứng vật lý trong chip như FPGA. Cypress PSoC Designer có các mô-đun được tạo sẵn cho các thành phần phổ biến như bộ tạo PWM, đầu vào và đầu ra kỹ thuật số và cổng kết nối RS-232 com.

Bảng phát triển cũng có một bảng proto tích hợp cho phép dễ dàng lắp các bộ điều khiển động cơ của chúng tôi. Mã trên PSoC kết hợp mọi thứ lại với nhau. Nó chờ nhận một lệnh nối tiếp. Đây được định dạng dưới dạng một dòng 0 và 1 cho biết in hay không in cho mỗi pixel. Sau đó, mã lặp qua từng pixel, khởi động động cơ truyền động. Một ngắt nhạy cảm cạnh trên đầu vào từ cảm biến đen trắng sẽ kích hoạt đánh giá thời tiết hay không để in ở mỗi pixel. Nếu một pixel được bật, đầu ra hãm được điều khiển ở mức cao thì bộ đếm thời gian sẽ được khởi động. Một ngắt trên bộ đếm thời gian chờ 0,5 giây sau đó đẩy đầu ra của bộ phân phối lên cao, làm cho bóng bán dẫn bật và mũi khoan quay, bộ đếm hẹn giờ được đặt lại. Sau nửa giây nữa, một ngắt kích hoạt động cơ dừng và động cơ truyền động chuyển động trở lại. Khi điều kiện để in là sai, đơn giản là không có gì xảy ra cho đến khi bộ mã hóa đọc một cạnh từ đen sang trắng khác. Điều này cho phép đầu di chuyển trơn tru cho đến khi nó cần dừng lại để in. Khi đến cuối dòng ("\ r / n"), "\ n" được gửi trên cổng nối tiếp để cho biết PC nó đã sẵn sàng cho một dòng mới. Việc điều khiển hướng trên cầu H cũng bị đảo ngược. Tạo được gửi tín hiệu để di chuyển về phía trước 5mm. Điều này được thực hiện thông qua một đầu ra kỹ thuật số khác được kết nối với đầu vào kỹ thuật số trên đầu nối DSub25 của Create. Cả hai thiết bị đều sử dụng logic TTL 5V tiêu chuẩn, vì vậy giao diện nối tiếp đầy đủ là không cần thiết.

Bước 5: Máy tính

Để tạo ra một thiết bị hoàn toàn độc lập, một PC x86 nhỏ đã được sử dụng được gọi là eBox 2300. Để có tính linh hoạt tối đa, một bản dựng tùy chỉnh của Windows CE Embedded đã được cài đặt trên eBox. Một ứng dụng đã được phát triển trong C để đọc bitmap 8 bit tỷ lệ xám từ ổ USB. Sau đó, ứng dụng sẽ lấy mẫu lại hình ảnh và xuất nó từng dòng một tới PSoC thông qua cổng com nối tiếp.

Sử dụng eBox có thể cho phép nhiều phát triển hơn nữa. Máy chủ web có thể cho phép tải hình ảnh lên từ xa thông qua mạng không dây tích hợp. Điều khiển từ xa có thể được thực hiện, trong số nhiều thứ khác. Xử lý hình ảnh tốt hơn, thậm chí có thể tạo trình điều khiển in thích hợp để cho phép thiết bị in từ các ứng dụng như notepad. Một điều cuối cùng mà chúng tôi gần như đã bỏ lỡ là sức mạnh. Nguồn cung cấp Tạo 18V. Nhưng hầu hết các thiết bị của chúng tôi đều chạy trên nguồn 5V. Nguồn điện DC-DC của Texas Instruments được sử dụng để chủ động chuyển đổi điện áp mà không lãng phí điện năng để làm nóng, do đó kéo dài tuổi thọ pin. Chúng tôi đã có thể nhận ra thời gian in hơn một giờ. Một bảng mạch tùy chỉnh giúp việc gắn thiết bị này với các điện trở và tụ điện cần thiết trở nên dễ dàng.

Bước 6: Đó là nó

Đó là nó cho PrintBot của chúng tôi được tạo ra vào mùa thu 07 cho lớp Thiết kế nhúng ECE 4180 của Tiến sĩ Hamblen tại Georgia Tech. Đây là một số hình ảnh chúng tôi đã in bằng robot của mình. Chúng tôi hy vọng bạn thích dự án của chúng tôi và có thể nó sẽ truyền cảm hứng cho việc khám phá sâu hơn! Rất cảm ơn PosterBot và tất cả các iRobot Create Guiductable khác vì nguồn cảm hứng và hướng dẫn của họ.