צייר גלישת בועות: 8 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

כחלק מקורס מאסטר 1 של "Mechatronics 1 - MECA -Y403" ב- ULB, התבקשנו לתכנן רובוט המבצע פונקציה מסוימת וליצור אתר אינטרנט המסכם את עיצוב הרובוט, החל מבחירת החומרים, דוגמנות, המימוש והקוד המאפשרים לכל המערכת לעבוד. כל הקבוצה בחרה פה אחד לממש את הרובוט "צייר לעטוף בועות".

"צייר גלישת הבועות" הוא מכשיר המסוגל להזריק צבע לכמה בועות של עטיפת הבועות מבקרת מתח המסופקת על ידי המחשב. בתחילה, הרובוט היה צריך להיות מסוגל להזריק את הנוזל במטוס דו -ממדי על מנת ליצור ציור נקודתי. עם זאת, מסיבות כלכליות ומעשיות, הקבוצה נסוגה מהזרקת צבע על מסלול 1D. הרובוט פועל כדלקמן: מערכת בורג תולעים משמשת ללחיצת בוכנת מזרק במלואו בצבע. המזרק מחובר לצינור פוליפרופילן גמיש המאפשר להוביל את הצבע לקצה מתכת המחובר למודול הנייד. מודול זה מסוגל להחליק לאורך ציר אופקי, שוב באמצעות מערכת תולעים. הקצה, לעומת זאת, מחובר לאלקטרומגנט ליניארי המחובר גם למודול הנייד. האלקטרומגנט משמש לדקור את עטיפת הבועות המקובעת על צלחת אנכית. לאחר פירסינג הבועה, הזרקת הצבע לתוכה וכן הלאה.

שלב 1: תיאור חלקים וכלים

לִרְכּוֹשׁ

2 צימוד קורות 5 מ"מ עד 6 מ"מ

מזרק אחד של 10 מ"ל (באורך 7, 5 ס"מ)

צינור אחד מפוליפרופילן גמיש בקוטר 4 מ מ

מחט אחת עם כובע הבטיחות שלו

גואש מדולל במים

2 מוטות מושחלים: קוטר 6 מ"מ ו -18, אורך 5 ס"מ

2 מוטות חלקים בקוטר 8 מ"מ ואורכם 21 ס"מ

2 מוטות חלקים בקוטר 8 מ"מ ואורכם 10 ס"מ

ניילון בועות

מכשירי חשמל

קרש לחם אחד

1 ארדואינו

מנוע צעד אחד

מנוע צעד אחד RS PRO היברידי, מגנט קבוע מנוע צעד 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 חוטים

2 מתג מיקרו V-156-1C25

אלקטרומגנט ZYE1-0530

ספק כוח

2 מחברי בננות

45 חוטי מגשר

6 כבלים מוליכים

דיודה 1N4007

טרנזיסטור IRF5402

3 נגדים 4, 7 קאוהם

2 נהגים DRV8825

מתג כפתור 1

בורג, אגוזים ותיקונים

42 ברגים M3 באורך 16 מ מ

4 בורג M3 באורך 10 מ מ

4 ברגים באורך M4 16 מ מ

2 ברגים M2, אורך 5 16 מ מ

52 אגוזים תואמים

2 מכונת כביסה פשוטה מפלדה M3

כלים משומשים

מכונת חיתוך בלייזר

מדפסת תלת מימד (Ultimaker 2 או Prusa)

מברג

שלב 2: קבצי CAD

חיתוך לייזר בעובי 3 מ מ

-לוחות תמיכה

-תמיכה להרמת המתג

-תמיכה נעה למחט

-מחזיק בועות

-4 תמיכה מגבירה

הדפסה תלת מימדית

-תמיכה עבור המנוע

-תמיכה במוט המושחל

-משאבת מזרק

-תמיכה למחט

-תמיכה למזרק

שלב 3: הרכבה

מלכתחילה עיצבנו בסיס עץ המורכב מ -3 אלמנטים שונים: צלחת תחתונה, צלחת אנכית ופלטה משולשת בכדי להחזיק הכל יחד.

ניתן לראות בתמונה שלצלחות השונות יש דפוסים חוזרים בצורת T. דפוסים אלה משמשים לתיקון המכלול ומאפשרים לבסיס להיות חזק. שני המתגים ממוקמים על הבוכנה ועל המודול הנייד. זה מאפשר לתת בהתאמה התייחסות להרחבה המרבית של הבוכנה והתייחסות למיקום הימני הקיצוני של המודול הנייד.

בנוסף, מנועי המדרגה קבועים בארבעה ברגים לתמיכה שנוצרה באמצעות מדפסת תלת מימד. בתמיכה זו, שני חורים בניצב מאפשרים קיבוע לצלחת האנכית. מוטות הברגה המחוברים לשני צירים הסיבוב של המנועים כמו גם ארבעת המוטות החלקים מוחזקים על ידי תומכים נוספים הממוקמים באפוד המנועים. בנוסף לכך, מחברים משמשים לתיקון מוט ההברגה לציר הסיבוב של מנועי המדרגה.

המזרק קבוע גם בעזרת סוגר שהוברג על הצלחת האופקית. ניתן ללחוץ על הבוכנה שלו בעזרת חתיכת טרפז שעוברת לאורך מוט ההברגה כשהוא מסתובב. לחלק זה יש חור בפנים שלו המצויד באום. אגוז זה מאפשר לחלק הטרפז לנוע.

הצינור מחובר למזרק על ידי חיבורו פשוט לקצה המזרק. הקצה השני של הצינור תקוע בטבעת של פיסת PLA לבנה קטנה. קצה המתכת שהיה במקור חלק מהמזרק נצמד גם הוא לקצה הצינור. הוספנו את מכסה המזרק למחט כדי למלא טוב יותר את קוטר החתיכה הלבנה. למכסה יש חור בקצה המאפשר לקצה המחט לעבור דרכו. החלק הלבן הקטן הזה מוברג עם שני ברגים על צלחת הזזה של המודול הנייד.

המודול הנייד מורכב ממערכת של חלקי עץ המקובעים באותו אופן כמו הלוחות המרכיבים את הבסיס. המודול יוצר קופסה עם שלושה חורים כדי לקבל את שני הסורגים החלקים ואת מוט ההברגה. בתוך קופסה זו שני אגוזים המאפשרים הזזה של המודול. הצלחת העליונה של המודול מחליקה לאורך שני מוטות חלקים. במרכז הפנימי של המודול, לוח קבוע מחזיק את האלקטרומגנט הליניארי. זה מאפשר ללוח הזזה לבצע תנועות לינאריות קדימה ואחורה.

ישנם שני סוגרי עץ המאפשרים לתקן שתי לשונות מחוררות ישירות לצלחת האנכית באמצעות מכונות כביסה שנחסמות על ידי הברגים. שתי הלשוניות האלו משולבות רצועה של עטיפת בועות במרכז שלהן. נייר הבועה כאן מכיל שבע בועות המתאימות ל -7 סיביות המקודדות על ידי המחשב.

בצד השני של הלוח האנכי נמצאים הלוח המודפס והארדואינו. ה- PCB מודבק לצלחת האופקית באמצעות מערכת הדבקה שנמצאת בתחילה והארדואינו מוברג לצלחת התחתונה. בנוסף לכך, יש מחלק התנגדות המחובר למחשב הלוח המודפס לחלק המשולש מעץ. (תמונה: גב המערכת)

*כל אחד מהברגים המהווים חלק מהמערכת מאוחד על ידי ברגים מתאימים.

שלב 4: אלקטרוניקה וחיישנים

עלינו לדעת את המיקום של מנוע הצעד העליון כאשר הצייר עוטף בועות מתחיל להגיע למיקומים המדויקים של הבועות. זו מטרת המתג הראשון. בכל פעם שהמכשיר מצייר קו המנוע מסתובב עד שהמתג משנה את המצב.

אנו זקוקים למתג נוסף כדי לדעת מתי הצעד הדוחף על המזרק הגיע לסוף הבוכנה. המתג השני משמש לעצירת המערכת כאשר המזרק ריק. מתג שלישי אופציונלי יכול להמשיך את הצביעה לאחר מילוי המזרק. מתגים אלה משתמשים במתח נמוך וניתן לספק אותם ישירות על ידי הארדואינו. שני מנועי הצעד והמגנט זקוקים ליותר כוח והם מסופקים על ידי גנרטור כוח המספק 12V ו- 1A. שני נהגי מנוע צעד DRV8825 הופכים את האותות מהארדואינו לזרם עבור המנועים. צריך לכייל את הנהגים האלה. הכיול מתבצע על ידי הפיכת צעד אחד לסיבוב במהירות קבועה והתאמת בורג הנהג עד שהמומנט מספיק להסעת החלקה והתמיכה של החלקה. היסוד האחרון הוא האלקטרומגנט. נגד אחד כלפי מטה משמש לאיפוס ה- mosfet כאשר לא נשלח זרם על ידי הארדואינו. כדי להגן על חלקי האלקטרוניקה האחרים, מתווספת אלקטרומגנט גם דיודת flyback. המוספט מחליף מגנט בין מצבים גבוהים ונמוכים.

שלב 5: קוד פייתון

לתקשורת בין המחשב לבין הארדואינו באמצעות פייתון, התבססנו על הקודים המסופקים בפורום זה:

כדי לשלוט על מנוע הצעדים, אתר זה היה מועיל מאוד: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ וכדי להבין את היסודות של arduino, גם 'ספר הפרויקטים של arduino' היה עוזר מאוד. ישנם שני חלקים של הקוד: הראשון הוא קוד פייתון הממיר אות בקוד הבינארי ascii ושולח אותו טיפין לאטארדינו, והשני הוא קוד ארדואינו שדוחף בבועות המתאימות. תרשים הזרימה הבא מסביר את עקרון קוד הארדואינו:

שלב 6: וידאו

פרויקט העבודה!

שלב 7: שיפורים

ניתן לשפר את הפרויקט במספר דרכים. ראשית, ניתן להגדיל את מספר הבועות בקו בקלות. ניתן לעשות זאת על ידי לקיחת קודים בינאריים ארוכים יותר, על ידי כתיבת שתי אותיות בכניסה במקום אחת למשל. קוד ASCII יהיה אז ארוך יותר פעמיים.

השיפור החשוב ביותר יהיה היכולת למלא את הבועות לא רק לאורך ציר ה- x אלא גם לאורך ציר ה- y. מילוי בועות יתבצע אפוא ב 2D במקום ב- 1D. הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא לגוון את גובה נייר הבועה, במקום להעלות ולהוריד את המנוע. המשמעות היא לא לתלות את קצה מחזיק נייר הבועה על הצלחת אלא על תמיכה מודפסת תלת -ממדית. תמיכה זו תחובר למוט מושחל, המחובר בעצמו למנוע צעד.

שלב 8: נתקלו בבעיות

הבעיה העיקרית איתה נאלצנו להתמודד היא האלקטרומגנט. ואכן, על מנת להימנע ממנוע שלישי מסורבל וכבד, נראה היה שהאלקטרומגנט הוא הפשרה המושלמת. לאחר כמה בדיקות, הנוקשות כל הזמן הייתה נמוכה מדי. אז היה צריך להוסיף מעיין שני. יתר על כן, הוא יכול להזיז רק עומסים קלים מאוד. צריך היה לשנות את סידור המרכיבים השונים.

גם משאבת המזרק הייתה בעיה. ראשית, היה צריך לדמות חלק שניתן לחבר אותו למוט האינסופי ולדחוף את הבוכנה בו זמנית. שנית, חלוקת המתח הייתה חשובה על מנת להימנע מהחלק. יתר על כן, 2 מנועי הצעד אינם זהים: אין להם אותם מאפיינים, מה שאילץ אותנו להוסיף מחלק מתח. היינו צריכים להשתמש בצבע מים (גואש מדולל במקרה שלנו), כי צבע עבה מדי לא יחלוף במחט ויגרום לאובדן לחץ רב מדי בצינור.