Maliar na bublinkové fólie: 8 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

V rámci nášho kurzu „Mechatronics 1 - MECA -Y403“Master 1 na ULB sme boli požiadaní, aby sme navrhli robota vykonávajúceho konkrétnu funkciu a vytvorili webovú stránku zhrňujúcu návrh robota, počínajúc výberom materiálov, modelovanie, realizácia a kód umožňujúci fungovanie celého systému. Celá skupina sa jednomyseľne rozhodla realizovať robota „Bubble Wrap Painter“.

„Bubble Wrap Painter“je zariadenie schopné vstreknúť farbu do niektorých bublín bublinkovej fólie z ovládača napätia dodávaného počítačom. Spočiatku musel byť robot schopný vstreknúť kvapalinu do 2D roviny, aby mohol vytvoriť bodový výkres. Z ekonomických a praktických dôvodov sa však skupina stiahla a vstrekla farbu na trajektóriu 1D. Robot funguje nasledovne: systém závitovkových skrutiek sa používa na stlačenie piestu injekčnej striekačky pôvodne naplnenej farbou. Striekačka je pripojená k flexibilnej polypropylénovej trubici, ktorá umožňuje nanášanie farby na kovový hrot pripevnený k mobilnému modulu. Tento modul sa môže posúvať po horizontálnej osi, opäť pomocou červového systému. Špička je na druhej strane pripevnená k lineárnemu elektromagnetu, ktorý je tiež pripevnený k mobilnému modulu. Elektromagnet sa používa na vpichovanie bublinkovej fólie upevnenej na zvislej doske. Akonáhle je bublina prepichnutá, vstrekne sa do nej farba a tak ďalej.

Krok 1: Popis dielov a nástrojov

NÁKUP

2 lúčové spojky 5 mm až 6 mm

1 injekčná striekačka s objemom 10 ml (7, 5 cm dlhá)

1 rúrka z flexibilného polypropylénu s priemerom 4 mm

1 ihla s bezpečnostným uzáverom

Kvaš zriedený vodou

2 závitové tyče: priemer 6 mm a 18, dĺžka 5 cm

2 hladké tyče s priemerom 8 mm a dĺžkou 21 cm

2 hladké tyče s priemerom 8 mm a dĺžkou 10 cm

Bublinkový obal

ELEKTRONIKA

1 chlebník

1 arduino

1 krokový motor

1 krokový motor RS PRO Hybrid, krokový motor s permanentným magnetom 1,8 °, 0,22 Nm, 2,8 V, 1,33 A, 4 drôty

2 mikrospínač V-156-1C25

1 elektromagnet ZYE1-0530

Zdroj

2 banánové konektory

45 prepojovacích káblov

6 vodivých káblov

Dióda 1N4007

Tranzistor IRF5402

3 odpory 4, 7 kohm

2 ovládače DRV8825

1 spínač s tlačidlom

ŠROUB, ORECHY A FIXÁCIE

42 skrutiek M3 s dĺžkou 16 mm

4 skrutka M3 s dĺžkou 10 mm

4 skrutky M4 s dĺžkou 16 mm

2 skrutky M2, 5 16 mm dlhé

52 zodpovedajúcich matíc

2 oceľová hladká podložka M3

POUŽITÉ NÁSTROJE

Laserový rezací stroj

3D tlačiareň (Ultimaker 2 alebo Prusa)

Skrutkovač

Krok 2: Súbory CAD

LASEROVÉ REZANIE s hrúbkou 3 mm

-podporné taniere

-podpora na zdvihnutie spínača

-podpora pohybu ihly

-držiak na bubliny

-4 podpera na zvýšenie

3D TLAČ

-podpora motora

-podporujte závitovú tyč

-injekčné čerpadlo

-podpora pre ihlu

-podpora pre injekčnú striekačku

Krok 3: Zostavenie

Na začiatku sme navrhli drevenú základňu pozostávajúcu z 3 rôznych prvkov: spodná doska, zvislá doska a trojuholníková doska, aby všetko držalo pohromade.

Na obrázku vidíte, že rôzne platne majú opakované vzory v tvare T. Tieto vzory sa používajú na upevnenie zostavy a umožňujú, aby bola základňa robustná. Dva spínače sú umiestnené na pieste a na mobilnom module. To umožňuje poskytnúť referenciu o maximálnom roztiahnutí piestu a referenciu o krajnej pravej polohe mobilného modulu.

Krokové motory sú navyše pripevnené štyrmi skrutkami k podpere vytvorenej pomocou 3D tlačiarne. Na tejto podpere dva kolmé otvory umožňujú fixáciu na zvislú dosku. Závitové tyče spojené s dvoma osami otáčania motorov, ako aj so štyrmi hladkými tyčami sú držané prídavnými podperami umiestnenými na protipóde motorov. Okrem toho sa konektory používajú na upevnenie závitovej tyče k osi otáčania krokových motorov.

Striekačka je tiež upevnená konzolou, ktorá je naskrutkovaná na vodorovnú dosku. Jeho piest je možné stlačiť pomocou lichobežníkového kusa, ktorý pri otáčaní prebieha pozdĺž závitovej tyče. Táto časť má vo svojom vnútri otvor, ktorý je vybavený maticou. Táto matica umožňuje pohyb lichobežníkovej časti.

Rúrka je pripojená k injekčnej striekačke jednoduchým zasunutím na koniec striekačky. Druhý koniec trubice je zaseknutý v krúžku malého bieleho dielu PLA. Kovový hrot, ktorý bol pôvodne súčasťou striekačky, bol tiež zacvaknutý na koniec skúmavky. Do ihly sme pridali kryt striekačky, aby lepšie vyplnil priemer bieleho kusu. Na viečku je na konci otvor, ktorý umožňuje prepichnutie hrotu ihly. Táto malá biela časť je priskrutkovaná dvoma skrutkami na posuvnú dosku mobilného modulu.

Mobilný modul sa skladá zo sady drevených dielov upevnených rovnakým spôsobom ako platne, ktoré tvoria základňu. Modul tvorí krabicu s tromi otvormi na uloženie dvoch hladkých tyčí a závitovej tyče. Vnútri tohto boxu sú dve matice, ktoré umožňujú pohyb modulu. Horná doska modulu sa posúva po dvoch hladkých tyčiach. Vo vnútornom strede modulu je umiestnená pevná doska s lineárnym elektromagnetom. To umožňuje posuvnej doske vykonávať lineárne pohyby tam a späť.

Existujú dve drevené konzoly, ktoré umožňujú pripevnenie dvoch dierovaných jazykov priamo na zvislú dosku pomocou podložiek zablokovaných skrutkami. Tieto dve záložky v strede zaklinujú pás bublinkovej fólie. Bublinový papier tu obsahuje sedem bublín zodpovedajúcich 7 bitom kódovaným počítačom.

Na druhej strane zvislej dosky sú DPS a arduino. DPS je prilepená k vodorovnej doske pomocou systému lepenia, ktorý je pôvodne prítomný, a arduino je priskrutkovaný k spodnej doske. Okrem toho je na DPS pripojený odporový rozdeľovač, ktorý je priskrutkovaný k drevenej trojuholníkovej časti. (OBRAZ: zadná časť systému)

*Každá zo skrutiek, ktoré sú súčasťou systému, je upevnená vhodnými skrutkami.

Krok 4: Elektronika a senzory

Polohu horného krokového motora potrebujeme poznať, keď sa spustí maliar bublinkových fólií, aby dosiahol presné polohy bublín. Toto je cieľ prvého prepínača. Zakaždým, keď zariadenie nakreslí čiaru, motor sa otáča, kým spínač nezmení stav.

Potrebujeme ďalší spínač, aby sme vedeli, kedy stepper tlačiaci na striekačku dosiahol koniec piestu. Druhý spínač slúži na zastavenie systému, keď je striekačka prázdna. Tretí voliteľný spínač môže pokračovať v maľovaní, keď je striekačka naplnená. Tieto spínače používajú nízke napätie a môžu byť dodávané priamo arduinom. Dva krokové motory a magnet vyžadujú viac energie a sú dodávané generátorom napájajúcim 12 V a 1 A. Dva budiče krokových motorov DRV8825 transformujú signály z arduina na prúd pre motory. Tieto ovládače je potrebné kalibrovať. Kalibrácia sa vykonáva tak, že sa jeden krokový pedál otáča konštantnou rýchlosťou a nastavuje sa skrutka vodiča, až kým krútiaci moment nie je dostatočný na plynulý pohyb ihly a podpery. Posledným prvkom je elektromagnet. Jeden sťahovací odpor sa používa na resetovanie mosfetu, keď arduino neposiela žiadny prúd. Na ochranu ostatných častí elektroniky je k elektromagnetu tiež pridaná dióda flyback. Mosfet prepína magnet medzi vysokými a nízkymi stavmi.

Krok 5: Python kód

Pri komunikácii medzi počítačom a arduino pomocou pythonu sme vychádzali z kódov uvedených na tomto fóre:

Na ovládanie krokového motora bol tento web veľmi užitočný: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ A aby ste porozumeli základom arduina, bola tiež „kniha projektov arduino“veľmi nápomocný. Existujú dve časti kódu: prvá je kód pythonu, ktorý prevádza písmeno v binárnom kóde ascii a odosiela ho kúsok po kúsku do arduina, a druhý je arduino kód, ktorý rýľa v zodpovedajúcich bublinách. Nasledujúci vývojový diagram vysvetľuje princíp arduino kódu:

Krok 6: Video

Pracovný projekt!

Krok 7: Vylepšenia

Projekt je možné vylepšiť niekoľkými spôsobmi. Po prvé, počet bublín na linke sa dá ľahko zvýšiť. To sa dá dosiahnuť dlhšími binárnymi kódmi, napríklad napísaním dvoch písmen na vstup namiesto jedného. Kód ASCII bude potom dvakrát dlhší.

Najdôležitejším zlepšením by bolo, aby ste mohli vyplniť bubliny nielen pozdĺž osi x, ale aj pozdĺž osi y. Plnenie bublín by sa preto vykonávalo v 2D namiesto 1D. Najjednoduchším spôsobom je zmeniť výšku bublinového papiera namiesto zdvíhania a spúšťania motora. To by znamenalo nevešať okraj držiaka bublinkového papiera na tanier, ale na 3D tlačenú podložku. Táto podpera by bola spojená so závitovou tyčou, ktorá je sama spojená s krokovým motorom.

Krok 8: Vyskytli sa problémy

Hlavným problémom, s ktorým sme sa museli vyrovnať, je elektromagnet. Aby sa zabránilo ťažkopádnemu a ťažkému tretiemu motoru, elektromagnet sa zdal byť dokonalým kompromisom. Po niektorých testoch sa tuhosť neustále ukazovala ako príliš nízka. Musela teda pribudnúť druhá pružina. Navyše môže prenášať iba veľmi ľahké bremená. Usporiadanie rôznych prvkov bolo potrebné zrevidovať.

Problémom bola aj pumpa injekčnej striekačky. Najprv bolo potrebné vymodelovať časť, ktorú je možné zavesiť na nekonečnú tyč a súčasne zatlačiť na piest. Za druhé, distribúcia napätia bola dôležitá, aby sa zabránilo rozbitiu časti. 2 krokové motory navyše nie sú rovnaké: nemajú rovnaké vlastnosti, čo nás prinútilo pridať delič napätia. Museli sme použiť vodovú farbu (v našom prípade zriedený kvaš), pretože príliš hrubá farba by v ihle neprešla a v potrubí by spôsobila príliš veľkú stratu tlaku.