Ølåbneren og skænderen: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

For dette projekt skulle kravet komme med en opfindelse eller et system, der allerede er opfundet, men som krævede nogle forbedringer. Som nogle måske ved, er Belgien meget populær for sin øl. I dette projekt er opfindelsen, der havde brug for nogle forbedringer, et kombineret system, der kunne starte med at åbne en øl og derefter hælde øllen i et passende glas valgt af kunden. Denne opfindelse er ikke særlig kendt, da den lettere kunne udføres i hånden af en "sund" person end af en maskine, men er stadig meget interessant for en anden kategori af mennesker. I dag er nogle af os desværre ikke i stand til at gøre dette. Mere eksplicit er mennesker med et alvorligt arm- eller muskelproblem, ældre eller mennesker med en sygdom som Parkinson, A. L. S. osv. Ikke i stand til at gøre det. Takket være denne mekanisme vil de kunne drikke en velfortjent øl alene uden at skulle vente på, at nogen kommer og hjælper dem med disse to opgaver.

Vores system er også dedikeret til den enkle forbruger, der ønsker at nyde en øl alene med sine venner og nyde den belgiske ekspertise. At servere en øl godt er ikke for alle, og faktisk er vores praksis internationalt kendt, og det er med glæde, at vi deler det med hele verden.

Tilbehør:

Hovedkomponenter:

• Arduino UNO (20,00 euro)
• Træd ned Spændingsomformer: LM2596 (3,00 euro)
• 10 2-pins klemmer (i alt 6,50 euro)
• 2-benet SPST ON/OFF-switch (0,40 euro)
• Kondensator på 47 mikro Farad (0,40 euro)
• Træ: MDF 3 mm og 6 mm
• PLA-plast
• 3D-print filament
• 40 bolte og møtrikker: M4 (0,19 euro hver)
• Lineær aktuator-Nema 17: 17LS19-1684E-300G (37,02 euro)
• Sanyo Denki Hybrid Stepper Motor (58,02 euro)
• 2 trin driver: DRV8825 (4,95 euro hver)
• 2 knap (1,00 euro hver)
• 3 mikroafbrydere (2,25 euro hver)
• 5 kuglelejer ABEC-9 (0,75 euro hver)

Software og hardware:

• Opfinder fra Autodesk (CAD-filer)
• 3D-printer
• Laserskærer
• Spændingsforsyning på 24 volt

Trin 1: Trækonstruktion

Trækonstruktion

Til konfigurationen af robotten bruges en ydre konstruktion til at give stivhed og gøre robotten robust. For det første er åbningsmekanismen fuldstændig omgivet af denne struktur for at kunne tilføje et leje på toppen af aksisten for at gøre mekanismen stabil. Desuden er der et fly i bunden af tårnet til montering af trinmotoren. På siderne af tårnet har der været huller til at forhindre åbneren i at rotere, så han går ned til kapslen for at åbne flasken. I sideplanerne er der også huller til fastgørelse af en holder for at blokere åbneren for at falde helt ned. For det andet er der tilvejebragt et ekstra plan bag tårnet i åbningsmekanismen til montering af motoren og transmissionen af hældemekanismen.

I bunden af glasholderen er der tilvejebragt et plan, der understøtter glasset, når det kommer ned. Dette er nødvendigt, da glasset er løftet op for at skabe det ideelle mellemrum mellem toppen af flasken og toppen af glasset. I dette plan er der tilvejebragt et hul for at placere en mikrokontakt som endeeffektor. Der blev også leveret huller i træplanerne for at få en ren ledning af sensorer og motorer. Derudover blev der tilvejebragt nogle huller i trækonstruktionens bundplan for at udjævne flaskernes højde i åbningsmekanismen og give nogle mellemrum til hældemekanismens sidestykke træstykker samt plads til boltene på bunden af flaskeholderen i hældemekanismen.

Puslespil mekanisme

Et eksempel på samlingsmetoden er tilføjet på billederne af denne fase. Det giver et overblik over puslespilsmekanismen og de medfølgende huller til at samle flyene med hinanden.

Trin 2: Åbningsmekanisme

Denne model består af en flaskeåbner (som også gør dåseåbner til den øverste afrundede del), en enorm trapezformet metalstang, en åbnerholder (træplade med 2 små hængsler, hvorigennem en lille metalstang passerer), en griber til flaskeåbneren og en kugleskrue. På metalstangen (koblet til en motor) er åbnerholderen over kugleskruen. Takket være rotation af metalstangen, skabt af motoren, kan kugleskruen gå op og ned og køre med dem bevægelsen af åbnerholderen med åbneren fastgjort til den. Den lille metalstang klemt mellem 4 søjler forhindrer åbningsholderens rotation. I begge ekstremiteter af den lille bar er der placeret to "blokere". På den måde kan den lille bar ikke bevæge sig vandret. I begyndelsen holdes åbneren fast mod flasken. Åbneren går op og glider over flasken (takket være dens afrundede del), indtil åbningens hul sidder fast i flasken. På dette tidspunkt vil åbneren anvende et drejningsmoment for at åbne flasken.

1. Stort hængsel (1 stk.)
2. Træplade (1 stk.)
3. Lille stangbloker (2 stk.)
4. Lille metalstang (1 stykke)
5. Lille hængsel (2 stk.)
6. Åbner (1 stk.)
7. Leje (1 stk.)
8. Åbnerbloker (1 stk.)
9. Motor + trapezformet stang + kugleskrue (1 stykke)

Trin 3: Balancemekanisme

Hældningsbalancesystem

Dette system består af et balancesystem, der på hver side har et flaskeholder system og et glas holder system. Og i midten er der et samlingssystem til at fastgøre det til aksen.

1. Flaskeholder

Flaskeholderens design består af 5 store plader, der er fastgjort til siderne af afbalanceringssystemet med en puslespilskonfiguration, og der er også en sjette plade i bunden, fastgjort med M3 bolte til at holde Jupiler -bjørnen, så det gør det ikke går ikke igennem. Samlingen til de laterale træplader hjælper også med en bolt plus møtrikkonfiguration, 4 for hver træplade (2 på hver side).

Der er også implementeret en flaskehalsholder til at gribe toppen af flasken, dette stykke er fastgjort til aksens samlesystem, forklaret senere.

Derudover er der implementeret 10 3D -printede cylindre gennem samlingen for at tilføre strukturen stivere. Boltene, der går gennem disse cylindre, er M4 og med de respektive møtrikker.

Endelig implementerede vi to switch -sensorer til at registrere flasken, der er inde i holderen, for at gøre det brugte vi en 3D -printet kropsholder, der er fastgjort til træpladerne under og over den.

2. Glasholder

Glasholderens design er dannet af 2 træplader fastgjort på samme måde som flaskeholderpladerne. Der er også 5 3D -trykte cylindre for at tilføje stivhed. For at understøtte bunden af Jupiler -glasset er der et halvcylindret stykke, hvor glasset læner sig op ad. Dette fastgjorde jeg gennem 3 arme, der samles med M4 bolte.

For at understøtte de øverste dele af glassene er der implementeret to stykker, et til toppen af glasset, så når du drejer balancesystemet, falder det ikke og et andet, der holder den laterale del af glasset.

3. Akse samlesystem

Det var påkrævet et system for at fastgøre balancesystemet til den roterende akse. Vi brugte en konfiguration, hvor langsgående stænger (i alt 4) presses til hinanden med M4 bolte og møtrikker. Og gennem disse søjler er der 10 3D -trykte stykker, der har en lidt større diameter på aksen. For at øge grebet er der to langsgående gummilister mellem aksen og de 3D -trykte stykker.

4. Balance træplader

Der er 2 laterale træplader, der holder alle holderne i den, og de er fastgjort til aksen gennem aksessystemet forklaret ovenfor.

Smitte

Balancesystemet forklaret relæer til aksens bevægelse, det er en metalstang på 8 mm, der er monteret i strukturen ved hjælp af 3 lejer og dens tilsvarende lejeholdere.

For at opnå tilstrækkeligt drejningsmoment til at udføre hældningens roterende bevægelse anvendes en remtransmission. Til den lille metalskive er der brugt en remskive med en skråningsdiameter på 12,8 mm. Den store remskive er blevet 3D-printet for at nå det nødvendige forhold. Ligesom metalskiven er der tilvejebragt en ekstra del til remskiven for at fastgøre den til den roterende akse. For at lægge spænding på bæltet bruges et eksternt leje på en bevægelig spændeapplikator til at skabe forskellige mængder spænding inde i selen.

Trin 4: Elektronik og Arduino -kode

For elektronikkomponenterne anbefales det at se på kravslisten igen og se, hvad kinematikken i dette system skal være. Det første krav, som vores systemer har, er åbnerens lodrette bevægelse. Et andet krav er den kraft, der skal påføres armen for at løsne flaskehætten. Denne kraft er omkring 14 N. For hældningsdelen løses beregningerne gennem Matlab og resulterede i et maksimalt drejningsmoment på 1,7 Nm. Det sidste krav, der er blevet noteret, er systemets brugervenlighed. Derfor vil brugen af en startknap være nyttig til at starte mekanismen. I dette kapitel vil de separate dele blive valgt og forklaret. I slutningen af kapitlet vil hele breadboard -designet også være repræsenteret.

Åbningsmekanismen

For at starte er åbningssystemet påkrævet for at åbne en flaske øl. Som allerede sagt i indledningen til dette kapitel er momentet, der er nødvendigt for at løsne flaskehætten fra flasken, 1, 4 Nm. Den kraft, der vil blive påført på åbnerens arm, er 14 N, hvis armen er omkring 10 cm. Denne kraft er skabt af en friktionskraft skabt ved at dreje en tråd gennem en møtrik. Ved at holde møtrikken fast i sin rotationsbevægelse er den eneste måde møtrikken nu kan bevæge sig op og ned. Til dette kræves drejningsmoment for at sikre, at møtrikken kan bevæge sig op og ned, og med det skal der også komme en kraft på 14 N frem. Dette drejningsmoment kan beregnes ved hjælp af formlen herunder. Denne formel beskriver det nødvendige moment for at flytte et objekt op og ned med et bestemt moment. Det nødvendige moment er 1,4 Nm. Dette skal være minimumskravet til moment for motoren. Det næste trin er at kigge efter, hvilken slags motor der ville være den mest passende i denne situation. Åbneren drejer en stor mængde omdrejninger og ser på det nødvendige moment, er en god idé at vælge en servomotor. Fordelen ved en servomotor er, at den har et højt drejningsmoment og moderat hastighed. Problemet her er, at en servomotor har et bestemt område, mindre end en fuld omdrejning. En løsning ville være, at servomotoren kunne 'hackes', hvilket resulterer i, at servomotoren har en fuldstændig 360 ° rotation og også bliver ved med at rotere. Nu, når servomotoren er 'hacket', er det næsten umuligt at fortryde disse handlinger og gøre det normalt igen. Dette resulterer i, at servomotoren ikke kan genbruges i andre projekter senere. En bedre løsning er, at valget bedre går til en trinmotor. Denne slags motorer er måske ikke dem med flest drejningsmomenter, men den roterer kontrolleret i modsætning til en DC-motor. Et problem, der findes her, er forholdet mellem pris og drejningsmoment. Dette problem kan løses ved hjælp af en gearkasse. Med denne løsning sænkes gevindets rotationshastighed, men drejningsmomentet vil være højere i forhold til gearforholdene. En anden fordel ved at bruge en trinmotor i dette projekt er, at trinmotoren kan genbruges bagefter til andre projekter i de kommende år. Ulempen ved en trinmotor med gearkasse er den resulterende hastighed, som ikke er så høj. Husk på, at systemet kræver en lineær aktuator, hvor dette undgås af møtrikken og gevindmekanismen, som også vil gøre det langsommere. Derfor gik valget til en trinmotor uden gearkasse og blev umiddelbart forbundet med en gevind med en glat møtrik inkluderet.

Til dette projekt er en god trinmotor til applikationen Nema 17 med et drejningsmoment på 44 Ncm og en pris på 32 euro. Denne trinmotor er, som allerede talt om, kombineret med en gevind og en møtrik. Til styring af trinmotoren bruges brugen af en H-bro eller trinmotordriver. En H-bro har fordelene ved at modtage to signaler fra Arduino-konsollen, og ved hjælp af en ekstern DC-spændingsforsyning kan H-broen transformere lavspændingssignaler til højere spændinger på 24 Volt for at levere trinmotoren. På grund af dette kan trinmotoren let styres af Arduino gennem programmering. Programmet findes i bilaget. De to signaler, der kommer fra Arduino, er to digitale signaler, den ene er ansvarlig for rotationsretningen, og den anden er et PWM -signal, der bestemmer hastigheden. Den driver, der blev brugt i dette projekt til hældemekanismen og åbningsmekanismen, er en 'step stick DRV8825 -driver', som er i stand til at konvertere PWM -signaler fra Arduino til spændinger fra 8,2 V til 45 V og koster omkring 5 euro hver. En anden idé at huske på er åbnerens sted med henvisning til flaskeåbningen. For at forenkle programmeringsdelen er flaskeholderen fremstillet på en sådan måde, at begge typer ølflaskeåbninger er i samme højde. På grund af dette kan åbneren og indirekte trinmotoren, der er forbundet gennem gevindet, nu programmeres til begge flasker i samme højde. På den måde er en sensor til at detektere flaskens højde ikke nødvendig her.

Hældningsmekanismen

Som allerede angivet i indledningen til dette kapitel er det nødvendige moment, der er nødvendigt for at vippe balancesystemet, 1,7 Nm. Momentet beregnes gennem Matlab ved at opstille en formel for momentbalancen i funktion af den variable vinkel, hvor glasset og flasken drejer rundt. Dette gøres, så det maksimale drejningsmoment kan beregnes. For motoren i denne applikation ville den bedre type være en servomotor. Årsagen til dette er på grund af dets høje forhold mellem drejningsmoment og pris. Som sagt i det foregående afsnit i åbningsmekanismen har en servomotor et bestemt område, hvori den kan rotere. Et mindre problem, der kan løses, er dens rotationshastighed. En servomotors rotationshastighed er højere end nødvendigt. Den første løsning, der kan findes på dette problem, er at tilføje en gearkasse, hvor drejningsmomentet vil blive forbedret, og hastigheden bliver reduceret. Et problem, der følger med denne løsning, er, at på grund af gearkassen falder servomotorens rækkevidde også. Dette fald resulterer i, at afbalanceringssystemet ikke vil være i stand til at rotere sin 135 ° rotation. Dette kunne løses ved igen at 'hacke' servomotoren, men det ville resultere i uomgængelig servomotor, som allerede er forklaret i det foregående afsnit 'Åbningsmekanismen'. Den anden løsning for dens høje rotationshastighed ligger mere i arbejdet på en servomotor. Servomotoren føres gennem en spænding på 9 Volt og styres af Arduino-konsollen via et PWM-signal. Dette PWM-signal giver et signal med hvad den ønskede vinkel på servomotoren skal være. Ved at tage små skridt til at ændre vinklen kan servomotorens rotationshastighed sænkes. Men denne løsning virker lovende, en trinmotor med gearkasse eller remtransmission kan gøre det samme. Her skal drejningsmomentet fra trinmotoren være højere, mens hastigheden skal reduceres. Til dette bruges applikationen af en remtransmission, da der ikke er nogen modreaktion for denne type transmission. Denne transmission har den fordel, at den er fleksibel i forhold til en gearkasse, hvor begge akser kan placeres, hvor som helst man ønsker, at den skal være, så længe remmen har spænding på den. Denne spænding er nødvendig for grebet på begge remskiver, så transmissionen ikke mister energi ved at glide på remskiverne. Forholdet mellem transmissionen er valgt med en vis margin for at annullere utilsigtede problemer, der ikke blev taget i betragtning. Ved trinmotorens aksel er der valgt en remskive med en skråningsdiameter på 12,8 mm. For at realisere margenen for momentet er der valgt en remskive med en skråningsdiameter på 61,35 mm. Dette resulterer i en reduktion af hastigheden på 1/4,8 og dermed et øget drejningsmoment på 2,4 Nm. Disse resultater blev opnået uden at tage højde for nogen transmissionseffektivitet, da ikke alle specifikationer for t2.5 -båndet var kendt. For at give en bedre transmission tilføjes en ekstern remskive for at øge kontaktvinklen med den mindste remskive og øge spændingen inde i remmen.

Andre elektroniske dele

De andre dele til stede i dette design er tre mikrokontakter og to startknapper. De to sidste knapper taler for sig selv og bruges til at starte processen med at åbne øllet, mens den anden starter hældningsmekanismen. Efter at hældningssystemet er startet, vil denne knap ikke være nyttig før slutningen. I slutningen af processen kan der trykkes på knappen igen, og dette vil sikre, at hældningsdelen kan bringes tilbage til sin oprindelige tilstand. De tre mikrokontakter bruges som sensorer til at detektere de to slags ølflasker og på den anden side glasflasken, når hældningssystemet når sin endelige position. Her koster de knapper, der bruges, omkring 1 euro hver, og mikrokontakterne er 2,95 euro hver.

Til strømforsyning er Arduino behovet for en ekstern spændingsforsyning. Derfor bruges en spændingsregulator. Dette er en LM2596 step-down switch regulator, der gør det muligt at konvertere en spænding fra 24 V til 7,5 V. Denne 7,5 V vil blive brugt til at drive Arduino, så der ikke vil blive brugt en computer i processen. Databladet blev også kontrolleret for den strøm, der leveres eller kan leveres. Den maksimale strøm er 3 A.

Designet til elektronikken

I dette afsnit vil opsætningen af elektronikken blive taget hånd om. Her på brødbrætfiguren er layoutet eller designet vist. Den bedste måde at starte her er at gå fra spændingsforsyningen i nederste højre hjørne og gå til Arduino og delsystemerne. Som det kan ses i figuren, er den første ting, der er på vejen mellem spændingsforsyningen og brødbrættet, en manuel kontakt, der er tilføjet til, at alt kan drives med det samme ved et enkelt tryk på en switch. Bagefter placeres en kondensator på 47 mikro Farad. Denne kondensator er ikke obligatorisk på grund af brugen af en spændingsforsyning og dens egenskab for straks at give den nødvendige strøm, som er med andre forsyningsmodeller, ikke nogle gange tilfældet. Til venstre for kondensatorerne er to LM2596 -drivere (ikke de samme visuals, men den samme opsætning) placeret til styring af trinmotoren. Det sidste, der er forbundet til 24 V kredsløbet, er spændingsregulatoren. Dette præsenteres i denne figur af den mørkeblå firkant. Dens indgange er jorden og 24 V, dens udgange er 7,5 V og jorden, der er forbundet med jorden på 24 V -indgangen. Udgangen eller 7,5 V fra spændingsregulatoren er derefter forbundet med Vin fra Arduino -konsollen. Arduinoen er derefter drevet og i stand til at levere en 5 V spænding. Denne 5 V spænding sendes til de 3 mikrokontakter repræsenteret af knapperne på venstre side. Disse har samme opsætning som knapper, hvoraf to er placeret i midten. Hvis der trykkes på knappen eller kontakten i en spænding på 5V sendes til Arduino -konsollen. Hvis sensorerne eller knapperne ikke trykkes i jorden, og Arduino -indgangen er forbundet med hinanden, hvilket ville repræsentere en lav inputværdi. De sidste undersystemer er de to stepper -drivere. Disse er forbundet med højspændingskredsløbet på 24 V, men skal også tilsluttes 5 V i Arduino. På brødbordets figur kan der også ses en blå og grøn ledning, de blå ledninger er til et PWM-signal, der regulerer og indstiller steppemotorens hastighed. De grønne ledninger indstiller den retning, som trinmotoren skal rotere i.

I den anden figur, figuren med stepper driveren, er forbindelsen mellem Stepper motor driverne vist. Her kan man se, at der er tre forbindelser M0, M1 og M2 er ikke forbundet. Disse bestemmer, hvordan hvert skridt skal tages. På den måde, den er konfigureret lige nu, er alle tre forbundet til jorden med en indre modstand på 100 kilo Ohm. Hvis du sætter alle tre input lavt, skabes et fuldt trin med hver PWM-puls. Opsætning af alle forbindelser til Høj hver PWM-puls vil resultere i 1/32 af et trin. I dette projekt vælges hele trinkonfigurationen, for fremtidige projekter kan dette være praktisk i tilfælde af at sænke hastigheden.

Trin 5: Test af systemet

Det sidste trin er at teste mekanismerne og se, om de rent faktisk virker. Derfor er den eksterne spændingsforsyning forbundet med maskinens højspændingskredsløb, mens grundene også er tilsluttet. Som det ses i de to første videoer synes begge trinmotorer at virke, men så snart alt er forbundet med hinanden i strukturen et eller andet sted i vores kredsløb, ser det ud til at der sker en kortslutning. På grund af det dårlige designvalg at have et lille mellemrum mellem flyene er fejlfindingsdelen meget vanskelig. Når man ser på den tredje video, var der også problemer med motorens hastighed. Løsningen på dette var at øge forsinkelsen i programmet, men så snart forsinkelsen er for høj, synes trinmotoren at vibrere.

Trin 6: Tips og tricks

For denne del ønsker vi at afslutte nogle punkter, som vi lærte ved at lave dette projekt. Her vil tips og tricks til hvordan man starter produktionen og hvordan man løser mindre problemer blive forklaret. Fra at starte med samlingen til at lave hele designet på et printkort.

Tips og tricks:

Montage:

• Til 3D-udskrivning, med funktionen live-justering på Prusa 3D-printere, kan man justere afstanden mellem dysen og trykbedet.
• Som det ses i vores projekt, forsøgte vi at gå efter en struktur med så meget træ som muligt, da de er de hurtigste udført af en laserskærer. I tilfælde af ødelagte dele kan de let udskiftes.
• Prøv med 3D-udskrivning at gøre dit objekt så lille som muligt, men stadig have de mekaniske egenskaber, det skal have. I tilfælde af en mislykket udskrivning tager du ikke så lang tid i genudskrivning igen.

Elektronik:

• Inden du starter dit projekt, skal du starte med at søge efter alle datablade for hver komponent. Dette vil tage noget tid i starten, men vil sørge for at være din tid værd i det lange løb.
• Når du laver dit printkort, skal du sørge for at få et skema over printkortet med hele kredsløbet. En breadboard -ordning kan hjælpe, men transformationen mellem begge kan nogle gange være lidt vanskeligere.
• At arbejde med elektronik kan nogle gange starte let og udvikle sig kompleks ganske hurtigt. Prøv derfor at bruge lidt farve på dit printkort, hvor hver farve svarer til en bestemt betydning. På den måde kan dette lettere blive løst i tilfælde af et problem
• Arbejd på et stort nok printkort, så du kan forhindre krydsetråde og holde overblik over kredsløbet, dette kan reducere muligheden for kortslutning.
• I tilfælde af nogle problemer med kredsløbet eller kortslutningen på printkortet, skal du prøve at fejlsøge alt i sin mest enkle form. På den måde kan dit eller dine problemer blive løst lettere.
• Vores sidste tip er at arbejde på et rent skrivebord, vores gruppe havde korte ledninger over hele vores skrivebord, hvilket skabte en kortslutning i vores øvre spændingskredsløb. En af disse små ledninger var årsagen og knækkede en af stepper -driverne.

Trin 7: Tilgængelige kilder

Alle CAD-filer, Arduino-kode og videoer af dette projekt findes i følgende dropbox-link:

Desuden er følgende kilder værd at kontrollere:

- OpenSCAD: Parametrisk remskive - masser af tandprofiler ved droftarts - Thingiverse

- Grabcad: Dette er et fantastisk fællesskab at dele cadfiles med andre mennesker: GrabCAD: Design Community, CAD Library, 3D Printing Software

-Sådan styres en trinmotor ved hjælp af en stepper driver: