نقاش حبابدار: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

به عنوان بخشی از دوره "Mechatronics 1 - MECA -Y403" Master 1 در ULB ، از ما خواسته شد تا یک ربات را طراحی کنیم که عملکرد خاصی را انجام دهد و یک وب سایت خلاصه طراحی ربات ایجاد کنیم ، با انتخاب مواد اولیه ، مدل سازی ، تحقق و کد به کل سیستم اجازه می دهد کار کند. کل گروه به اتفاق آرا تصمیم گرفتند که ربات "Bubble Wrap Painter" را بشناسند.

"نقاش بسته بندی حباب" دستگاهی است که می تواند از طریق کنترل ولتاژ ارائه شده توسط رایانه ، رنگ را به برخی حباب های بسته بندی حباب تزریق کند. در ابتدا ، ربات باید بتواند مایع را در یک صفحه دو بعدی تزریق کند تا نقاشی نقطه ای ایجاد شود. با این حال ، به دلایل اقتصادی و عملی ، گروه از تزریق رنگ در مسیر یک بعدی خودداری کرده است. این روبات به شرح زیر عمل می کند: یک سیستم پیچ کرم برای فشار دادن پیستون سرنگ که ابتدا با رنگ پر شده است استفاده می شود. سرنگ به یک لوله پلی پروپیلن انعطاف پذیر متصل شده است که اجازه می دهد رنگ به نوک فلزی متصل به ماژول متحرک منتقل شود. این ماژول می تواند در امتداد یک محور افقی ، دوباره با استفاده از یک سیستم کرم ، حرکت کند. از طرف دیگر ، نوک به یک الکترومغناطیس خطی متصل است که به ماژول تلفن همراه نیز متصل است. الکترومغناطیس برای سوزاندن روکش حبابی ثابت شده روی صفحه عمودی استفاده می شود. هنگامی که حباب سوراخ شد ، رنگ به آن تزریق می شود و غیره.

مرحله 1: شرح قطعات و ابزارها

خرید

2 اتصال پرتو 5 میلی متر تا 6 میلی متر

1 سرنگ 10 میلی لیتری (طول 7 ، 5 سانتی متر)

1 لوله از پلی پروپیلن انعطاف پذیر با قطر 4 میلی متر

1 سوزن با کلاه ایمنی خود

گواش با آب رقیق شده است

2 میله رزوه دار: قطر 6 میلی متر و طول 18 ، 5 سانتی متر

2 میله صاف با قطر 8 میلی متر و طول 21 سانتی متر

2 میله صاف با قطر 8 میلی متر و طول 10 سانتی متر

بسته بندی حباب دار

الکترونیک

1 تخته نان

1 آردوینو

1 پله موتور

موتور 1 پله ای RS PRO ترکیبی ، موتور پله ای مگنت دائمی 1.8 درجه ، 0.22 نیوتن متر ، 2.8 ولت ، 1.33 A ، 4 سیم

2 میکرو سوئیچ V-156-1C25

1 الکترومغناطیس ZYE1-0530

منبع تغذیه

2 عدد کانکتور موز

45 سیم جامپر

6 کابل رسانا

دیود 1N4007

ترانزیستور IRF5402

3 مقاومت 4 ، 7 اهم

2 درایور DRV8825

سوئیچ 1 دکمه فشاری

پیچ ، مهره ها و تثبیت ها

42 پیچ M3 به طول 16 میلی متر

4 پیچ M3 به طول 10 میلی متر

4 پیچ M4 به طول 16 میلی متر

2 پیچ M2 ، 5 طول 16 میلی متر

52 مهره مربوطه

2 واشر ساده فولادی M3

ابزارهای مورد استفاده

دستگاه برش لیزری

چاپگر سه بعدی (Ultimaker 2 یا Prusa)

پیچ گوشتی

مرحله 2: فایل های CAD

برش لیزری با ضخامت 3 میلی متر

-صفحات پشتیبانی

-پشتیبانی از بلند کردن سوئیچ

-پشتیبانی از سوزن

نگهدارنده حباب

-4 پشتیبانی ارتفاع

پرینت سه بعدی

-پشتیبانی از موتور

-میله رزوه ای را پشتیبانی کنید

-پمپ سرنگ

-پشتیبانی از سوزن

-پشتیبانی از سرنگ

مرحله 3: مونتاژ

برای شروع ، ما یک پایه چوبی متشکل از 3 عنصر مختلف طراحی کردیم: یک صفحه زیرین ، یک صفحه عمودی و یک صفحه مثلثی که همه چیز را در کنار هم نگه می دارد.

در تصویر می بینید که صفحات مختلف دارای الگوهای T شکل مکرر هستند. این الگوها برای ثابت کردن مجموعه و استحکام پایه استفاده می شود. دو سوئیچ روی پیستون و روی ماژول تلفن همراه قرار می گیرند. این اجازه می دهد تا به ترتیب یک مرجع در مورد حداکثر گسترش پیستون و یک مرجع در موقعیت راست راست ماژول تلفن همراه ارائه شود.

علاوه بر این ، موتورهای استپ با چهار پیچ به یک پشتیبانی که با چاپگر سه بعدی ایجاد شده است ثابت می شوند. روی این تکیه گاه ، دو سوراخ عمود اجازه می دهد تا به صفحه عمودی ثابت شود. میله های رزوه ای متصل به دو محور چرخش موتورها و همچنین چهار میله صاف توسط تکیه گاههای اضافی که در پادپود موتورها قرار دارند نگه داشته می شوند. علاوه بر این ، از اتصالات برای ثابت کردن میله رزوه دار در محور چرخش موتورهای استپ استفاده می شود.

سرنگ همچنین با یک براکت که روی صفحه افقی پیچ شده است ثابت می شود. پیستون آن را می توان با استفاده از قطعه ذوزنقه ای فشار داد که در حین چرخش در امتداد میله رزوه ای حرکت می کند. این قسمت دارای سوراخی در قسمت داخلی آن است که با مهره نصب شده است. این مهره اجازه حرکت قسمت ذوزنقه ای را می دهد.

لوله به سادگی با اتصال سرنگ به انتهای سرنگ به سرنگ متصل می شود. انتهای دیگر لوله در حلقه یک قطعه کوچک PLA سفید چسبیده است. نوک فلزی که در اصل بخشی از سرنگ بود نیز به انتهای لوله چسبانده شده است. ما سرپوش سرنگ را به سوزن اضافه کرده ایم تا قطر قطعه سفید بهتر پر شود. درپوش دارای یک سوراخ در انتهای آن است که اجازه می دهد نوک سوزن از آن عبور کند. این قسمت کوچک سفید با دو پیچ روی صفحه کشویی ماژول تلفن همراه پیچ می شود.

ماژول متحرک شامل مجموعه ای از قطعات چوبی است که به همان شیوه صفحات تشکیل دهنده پایه ثابت شده اند. ماژول یک جعبه با سه سوراخ برای پذیرش دو میله صاف و میله رزوه ای تشکیل می دهد. در داخل این جعبه دو مهره وجود دارد که به ماژول امکان جابجایی می دهد. صفحه بالای ماژول در امتداد دو میله صاف می لغزد. در مرکز داخلی ماژول ، یک صفحه ثابت الکترومغناطیس خطی را نگه می دارد. این اجازه می دهد تا صفحه کشویی حرکتهای خطی را به جلو و عقب انجام دهد.

دو براکت چوبی وجود دارد که اجازه می دهد دو زبان سوراخ دار مستقیماً با استفاده از واشرهای مسدود شده توسط پیچ به صفحه عمودی ثابت شوند. این دو زبانه یک نوار بسته بندی شده از حباب را در مرکز خود قرار داده است. کاغذ حباب در اینجا حاوی هفت حباب است که مربوط به 7 بیت رمزگذاری شده توسط رایانه است.

در طرف دیگر صفحه عمودی PCB و آردوینو قرار دارند. PCB با استفاده از سیستم چسبی که در ابتدا وجود داشت به صفحه افقی چسبانده می شود و آردوینو به صفحه پایینی پیچ می شود. علاوه بر این ، یک تقسیم کننده مقاومتی به PCB متصل شده است که به قسمت چوبی مثلثی پیچ شده است. (تصویر: پشت سیستم)

*هر یک از پیچ هایی که بخشی از سیستم هستند با پیچ و مهره های مناسب محکم می شوند.

مرحله 4: الکترونیک و سنسورها

ما باید موقعیت موتور پله ای فوقانی را بدانیم هنگامی که نقاش روکش حبابی شروع به رسیدن به موقعیت دقیق حباب ها می کند. این هدف از اولین سوئیچ است. هر بار که دستگاه خط می کشد ، موتور می چرخد تا کلید تغییر حالت دهد.

ما نیاز به یک سوئیچ دیگر داریم تا بدانیم وقتی استپر فشار سرنگ را به انتهای پیستون رسانده است. کلید دوم برای توقف سیستم در صورت خالی بودن سرنگ استفاده می شود. سومین سوئیچ اختیاری می تواند نقاشی را پس از پر شدن سرنگ ادامه دهد. این کلیدها از ولتاژهای پایین استفاده می کنند و می توانند مستقیماً توسط آردوینو تامین شوند. دو موتور پله ای و آهن ربا به قدرت بیشتری نیاز دارند و توسط ژنراتور قدرت 12 ولت و 1 آمپر تامین می شوند. دو درایور موتور پله ای DRV8825 سیگنالهای آردوینو را به یک جریان برای موتورها تبدیل می کنند. این درایورها باید کالیبره شوند. کالیبراسیون با چرخاندن یک پله با سرعت ثابت و تنظیم پیچ راننده انجام می شود تا زمانی که گشتاور برای حرکت روان سوزن و تکیه گاه کافی باشد. آخرین عنصر الکترومغناطیس است. هنگامی که هیچ جریان از طرف آردوینو ارسال نمی شود ، یک مقاومت کششی پایین برای بازنشانی mosfet استفاده می شود. برای محافظت از سایر قطعات الکترونیکی ، یک دیود فلای بک نیز به الکترومغناطیس اضافه می شود. mosfet در حال تغییر آهنربای بین حالتهای بالا و پایین است.

مرحله 5: کد پایتون

برای ارتباط بین رایانه و آردوینو با استفاده از پایتون ، ما خود را بر اساس کدهای ارائه شده در این انجمن بنا کردیم:

برای کنترل موتور پله ای ، این سایت بسیار مفید بود: بسیار مفید. کد دارای دو قسمت است: قسمت اول یک کد پایتون است که یک حرف را در کد باینری ascii تبدیل کرده و بیت به بیت به آردوینو ارسال می کند ، و دومی یک کد آردوینو است که در حباب های مربوطه بیل می زند. فلوچارت زیر اصل کد آردوینو را توضیح می دهد:

مرحله ششم: فیلم

پروژه کار!

مرحله 7: پیشرفت ها

پروژه را می توان از جهات مختلف بهبود بخشید. اولاً ، تعداد حباب های روی یک خط را می توان به راحتی افزایش داد. این را می توان با گرفتن کدهای دودویی طولانی تر ، با نوشتن دو حرف در ورودی به جای یک مثال برای مثال ، انجام داد. سپس کد ASCII دو برابر بیشتر می شود.

مهمترین پیشرفت این است که بتوانید حباب ها را نه تنها در طول محور x بلکه در طول محور y نیز پر کنید. بنابراین پر کردن حباب به جای 1 بعدی به صورت دو بعدی انجام می شود. ساده ترین راه برای انجام این کار این است که به جای بالا و پایین آوردن موتور ، ارتفاع کاغذ حباب را تغییر دهید. این بدان معناست که لبه نگهدارنده کاغذ حباب را روی بشقاب آویزان نکنید ، بلکه روی یک تکیه گاه چاپ سه بعدی آویزان کنید. این پشتیبانی به یک میله رزوه دار متصل می شود ، که خود به یک موتور پله ای متصل است.

مرحله هشتم: مشکلات پیش آمده

مشکل اصلی که ما باید با آن مقابله می کردیم الکترومغناطیس است. در واقع ، به منظور اجتناب از داشتن موتور سوم دست و پا گیر و سنگین ، به نظر می رسید که الکترومغناطیس سازش کامل است. پس از انجام برخی آزمایشات ، سختی ثابت می شد که بسیار کم است. بنابراین یک فنر دوم باید اضافه می شد. علاوه بر این ، فقط می تواند بارهای بسیار سبک را جابجا کند. ترتیب عناصر مختلف باید تجدید نظر شود.

پمپ سرنگ نیز مشکل داشت. ابتدا باید قسمتی را مدل کرد که بتوان آن را به میله بی پایان متصل کرد و همزمان به پیستون فشار آورد. ثانیاً ، توزیع تنش برای جلوگیری از شکستن قطعه مهم بود. علاوه بر این ، 2 موتور پله ای یکسان نیستند: آنها ویژگی های یکسانی ندارند ، چیزی که ما را مجبور به اضافه کردن تقسیم کننده ولتاژ کرد. ما مجبور شدیم از رنگ آب (در مورد ما گواش رقیق شده) استفاده کنیم ، زیرا رنگ بیش از حد ضخیم در سوزن عبور نمی کند و فشار زیادی را در لوله ایجاد می کند.