Bubble Wrap Maler: 8 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Som en del af vores "Mechatronics 1 - MECA -Y403" Master 1 -kursus på ULB blev vi bedt om at designe en robot, der udfører en bestemt funktion og oprette et websted, der opsummerer robotens design, startende med valg af materialer, modellering, realiseringen og koden, der gør det muligt for hele systemet at fungere. Hele gruppen valgte enstemmigt at realisere robotten "Bubble Wrap Painter".

"Bubble Wrap Painter" er en enhed, der er i stand til at injicere maling i nogle bobler i boblen, fra en spændingskontrol, der leveres af computeren. I første omgang skulle robotten være i stand til at injicere væsken i et 2D -plan for at generere en plettegning. Af økonomiske og praktiske årsager har gruppen imidlertid trukket sig tilbage for at injicere maling på en 1D -bane. Robotten fungerer som følger: Et snegleskrue -system bruges til at trykke stemplet på en sprøjte, der oprindeligt var fyldt med maling. Sprøjten er forbundet med et fleksibelt polypropylenrør, der gør det muligt at føre malingen til en metalspids fastgjort til det mobile modul. Dette modul er i stand til at glide langs en vandret akse igen ved hjælp af et ormesystem. Spidsen er derimod fastgjort til en lineær elektromagnet, som også er fastgjort til mobilmodulet. Elektromagneten bruges til at prikke boblen, der er fastgjort på en lodret plade. Når boblen er gennemboret, injiceres malingen i den og så videre.

Trin 1: Beskrivelse af dele og værktøjer

KØB

2 Bjælkekoblinger 5 mm til 6 mm

1 sprøjte med 10 ml (7, 5 cm lang)

1 rør i fleksibelt polypropylen med en diameter på 4 mm

1 nål med sin sikkerhedshætte

Gouache fortyndet med vand

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

2 glatte stænger med 8 mm diameter og 21 cm lange

2 glatte stænger med 8 mm diameter og 10 cm lange

Bobleplast

ELEKTRONIK

1 brødbræt

1 arduino

1 trinmotor

1 trinmotor RS PRO Hybrid, permanent magnet Stepmotor 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 ledninger

2 mikro switch V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Strømforsyning

2 bananstik

45 springtråde

6 ledende kabler

Diode 1N4007

Transistor IRF5402

3 modstande 4, 7 kohm

2 DRV8825 drivere

1 trykknapkontakt

SKRU, NØDDER OG FIKSERINGER

42 skruer M3 16 mm lange

4 skruer M3 10 mm lange

4 skruer M4 16 mm lange

2 skruer M2, 5 16 mm lange

52 tilsvarende møtrikker

2 stålskive M3

BRUGTE VÆRKTØJ

Laserskæremaskine

3D -printer (Ultimaker 2 eller Prusa)

Skruetrækker

Trin 2: CAD -filer

LASERSKÆR med en tykkelse på 3 mm

-understøttelsesplader

-støtte til at løfte kontakten

-bevægelig støtte til nålen

-bobleholder

-4 forstærkningsstøtte

3D -UDSKRIVNING

-støtte til motoren

-understøtter gevindstangen

-sprøjtepumpe

-støtte til nålen

-støtte til sprøjten

Trin 3: Montering

Til at begynde med designede vi en træbund bestående af 3 forskellige elementer: en bundplade, en lodret plade og en trekantet plade for at holde alt sammen.

Du kan se på billedet, at de forskellige plader har gentagne T-formede mønstre. Disse mønstre bruges til at fastgøre samlingen og tillade bunden at være robust. De to kontakter placeres på stemplet og på mobilmodulet. Dette gør det muligt at give henholdsvis en reference om stemplets maksimale ekspansion og en reference til mobilmodulets yderste højre position.

Derudover er trinmotorerne fastgjort med fire skruer til en understøtning, der er oprettet med en 3D-printer. På denne understøtning tillader to vinkelrette huller fiksering til den lodrette plade. Gevindstængerne forbundet til motorernes to rotationsakser samt de fire glatte stænger holdes af yderligere understøtninger placeret på motorens modpode. Derudover bruges konnektorer til at fastgøre gevindstangen til trinmotorernes rotationsakse.

Sprøjten er også fastgjort med en beslag, der skrues på den vandrette plade. Stemplet kan presses ved hjælp af et trapezformet stykke, der løber langs gevindstangen, mens den roterer. Denne del har et hul i dens indre, som er udstyret med en møtrik. Denne møtrik gør det muligt for den trapezformede del at bevæge sig.

Røret er forbundet til sprøjten ved blot at tilslutte det til enden af sprøjten. Den anden ende af røret sidder fast i ringen af et lille hvidt PLA -stykke. Metalspidsen, der oprindeligt var en del af sprøjten, er også blevet klikket på enden af røret. Vi har tilføjet sprøjtehætten til nålen for bedre at fylde diameteren på det hvide stykke. Hætten har et hul for enden, så nålespidsen kan passere igennem. Denne lille hvide del skrues med to skruer på mobilmodulets glideplade.

Mobilmodulet består af et sæt trædele, der er fastgjort på samme måde som pladerne, der udgør basen. Modulet danner en kasse med tre huller til at acceptere de to glatte stænger og gevindstangen. Inde i denne kasse er der to møtrikker, der gør det muligt at flytte modulet. Modulets topplade glider langs to glatte stænger. I modulets indre centrum er der en fast plade, der holder den lineære elektromagnet. Dette gør det muligt for glidepladen at foretage lineære bevægelser frem og tilbage.

Der er to træbeslag, der gør det muligt at fastgøre to perforerede tunger direkte til den lodrette plade ved hjælp af skiver blokeret af skruerne. Disse to faner kiler en strimmel bobleplast i midten. Boblepapiret her indeholder syv bobler svarende til de 7 bits, som computeren koder for.

På den anden side af den lodrette plade er printkortet og arduinoen. Printkortet limes til den vandrette plade ved hjælp af et limsystem, der oprindeligt er til stede, og arduinoen skrues fast på bundpladen. Ud over dette er der tilsluttet en resistiv skillevæg til printkortet, som er skruet fast i den trekantede trædel. (BILLEDE: bagsiden af systemet)

*Hver af skruerne, der er en del af systemet, konsolideres med passende bolte.

Trin 4: Elektronik og sensorer

Vi har brug for at kende placeringen af den øvre trinmotor, når bobleplastmaleren startes for at nå boblernes nøjagtige position. Dette er formålet med den første switch. Hver gang enheden tegner en linje, roterer motoren, indtil kontakten skifter tilstand.

Vi har brug for en anden switch for at vide, hvornår stepper, der skubber på sprøjten, har nået enden af stemplet. Den anden kontakt bruges til at stoppe systemet, når sprøjten er tom. En tredje valgfri kontakt kan fortsætte malingen, når sprøjten er fyldt i. Disse kontakter bruger lave spændinger og kan leveres direkte af arduinoen. De to trinmotorer og magneten har brug for mere strøm og leveres af en kraftgenerator, der leverer 12V og 1A. To DRV8825 steppermotordrivere omdanner signalerne fra arduinoen til en strøm til motorerne. Disse drivere skal kalibreres. Kalibreringen udføres ved at få en stepper til at rotere med konstant hastighed og justere førerskruen, indtil drejningsmomentet er tilstrækkeligt til let at flytte nålen og understøtningen. Det sidste element er elektromagneten. Én pull down -modstand bruges til at nulstille mosfet, når der ikke sendes nogen strøm fra arduinoen. For at beskytte de andre elektronikdele tilføjes der også en flyback -diode til elektromagneten. Mosfeten skifter magnet mellem høje og lave tilstande.

Trin 5: Python -kode

Til kommunikation mellem computeren og arduinoen ved hjælp af python baserede vi os på de koder, der findes på dette forum:

For at styre trinmotoren var dette websted meget nyttigt: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ Og for at forstå det grundlæggende i arduino var 'arduino-projekteringsbogen' også meget hjælpsom. Der er to dele af koden: den første er en python -kode, der konverterer et bogstav i den ascii -binære kode og sender den bit for bit til arduinoen, og den anden er en arduino -kode, der spader i de tilsvarende bobler. Følgende rutediagram forklarer princippet om arduino -koden:

Trin 6: Video

Arbejdsprojektet!

Trin 7: Forbedringer

Projektet kan forbedres på en række måder. For det første kan antallet af bobler på en linje let øges. Dette kan gøres ved at tage længere binære koder ved at skrive to bogstaver ved posten i stedet for et f.eks. ASCII -koden bliver derefter to gange længere.

Den vigtigste forbedring ville være at kunne udfylde boblerne ikke kun langs x-aksen, men også langs y-aksen. Boblefyld ville derfor udføres i 2D i stedet for 1D. Den nemmeste måde at gøre dette på er at variere boblepapirets højde i stedet for at hæve og sænke motoren. Dette ville betyde ikke at hænge kanten af boblepapirholderen på pladen, men på en 3D -printet understøtning. Denne understøtning ville være forbundet med en gevindstang, der selv var forbundet med en trinmotor.

Trin 8: Problemer stødt

Det største problem, vi måtte håndtere, er elektromagneten. For at undgå at have en besværlig og tung tredje motor syntes elektromagneten faktisk at være det perfekte kompromis. Efter nogle tests viste stivheden konstant at være for lav. Så et andet forår skulle tilføjes. Desuden kan den kun flytte meget lette belastninger. Arrangementet af de forskellige elementer skulle revideres.

Sprøjtepumpen var også et problem. For det første skulle der modelleres en del, der kunne hookes til den endeløse stang og skubbe på stemplet på samme tid. For det andet var spændingsfordelingen vigtig for at undgå, at delen gik i stykker. Desuden er de 2 trinmotorer ikke de samme: de har ikke de samme egenskaber, hvilket tvang os til at tilføje en spændingsdeler. Vi var nødt til at bruge vandmaling (fortyndet gouache i vores tilfælde), fordi en for tyk maling ikke ville passere i nålen og ville forårsage for meget tryktab i røret.