ბუშტუკების შესაფუთი მხატვარი: 8 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

ULB– ში ჩვენი „მეჩატრონიკა 1 - MECA -Y403“სამაგისტრო 1 კურსის ფარგლებში, ჩვენ გვთხოვეს დაგვეპროექტებინა რობოტი, რომელიც ასრულებდა სპეციფიკურ ფუნქციას და შევქმნათ ვებ გვერდი, რომელიც შეაჯამებდა რობოტის დიზაინს, დაწყებული მასალის არჩევით, მოდელირება, რეალიზაცია და კოდი, რომელიც საშუალებას აძლევს მთელ სისტემას იმუშაოს. მთელმა ჯგუფმა ერთხმად აირჩია რობოტის "ბუშტუკების შეფუთვის მხატვრის" რეალიზაცია.

"ბუშტუკების შეფუთვის მხატვარი" არის მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია შეასხას საღებავი ბუშტის სახვევის ზოგიერთ ბუშტში კომპიუტერის მიერ მოწოდებული ძაბვის კონტროლიდან. თავდაპირველად, რობოტს უნდა შეეძლო სითხის შეყვანა 2D სიბრტყეში, რათა გენერირებულიყო წერტილოვანი ნახაზი. თუმცა, ეკონომიკური და პრაქტიკული მიზეზების გამო, ჯგუფმა თავი შეიკავა 1D ტრაექტორიაზე საღებავის ინექციისთვის. რობოტი მუშაობს შემდეგნაირად: ჭიის ხრახნიანი სისტემა გამოიყენება საღებავით შევსებული შპრიცის დგუშის დასაჭერად. შპრიცი უკავშირდება მოქნილ პოლიპროპილენის მილს, რომელიც საშუალებას აძლევს საღებავს გაატაროს ლითონის წვერი, რომელიც მიმაგრებულია მობილურ მოდულზე. ამ მოდულს შეუძლია სრიალი ჰორიზონტალური ღერძის გასწვრივ, ისევ ჭიის სისტემის საშუალებით. წვერი, მეორეს მხრივ, მიმაგრებულია ხაზოვან ელექტრომაგნიტზე, რომელიც ასევე არის მიმაგრებული მობილური მოდულისთვის. ელექტრომაგნიტი გამოიყენება ვერტიკალურ ფირფიტაზე დაფიქსირებული ბუშტუკების შესაფუთად. მას შემდეგ, რაც ბუშტი იჭრება, საღებავი შეჰყავთ მასში და ასე შემდეგ.

ნაბიჯი 1: ნაწილები და ინსტრუმენტები აღწერა

ᲨᲔᲡᲧᲘᲓᲕᲐ

2 სხივის შეერთება 5 მმ -დან 6 მმ -მდე

1 შპრიცი 10 მლ (7, 5 სმ სიგრძის)

მოქნილი პოლიპროპილენის 1 მილი 4 მმ დიამეტრით

1 ნემსი თავისი თავსახურით

გუაში წყლით განზავებული

2 ხრახნიანი ჯოხი: დიამეტრი 6 მმ და 18, 5 სმ სიგრძე

2 გლუვი ღერო 8 მმ დიამეტრის და 21 სმ სიგრძის

2 გლუვი ჯოხი 8 მმ დიამეტრის და 10 სმ სიგრძის

ბუშტის გადატანა

ელექტრონიკა

1 პურის დაფა

1 არდუინო

1 სტეპერიანი ძრავა

1 სტეპერიანი ძრავა RS PRO Hybrid, Permanent Magnet Stepper Motor 1.8 °, 0.22Nm, 2.8 V, 1.33 A, 4 Wires

2 მიკრო გადამრთველი V-156-1C25

1 ელექტრომაგნიტი ZYE1-0530

Ენერგიის წყარო

2 ბანანის კონექტორი

45 მხტუნავი მავთული

6 გამტარი კაბელი

დიოდი 1N4007

ტრანზისტორი IRF5402

3 რეზისტორი 4, 7 კომი

2 DRV8825 დრაივერი

1 ღილაკის გადამრთველი

ხრახნი, თხილი და ფიქსაციები

42 ხრახნი M3 16 მმ სიგრძის

4 ხრახნი M3 10 მმ სიგრძის

4 ხრახნი M4 16 მმ სიგრძის

2 ხრახნი M2, 5 16 მმ სიგრძის

52 შესაბამისი თხილი

2 ფოლადის ჩვეულებრივი სარეცხი მანქანა M3

მეორადი ინსტრუმენტები

ლაზერული ჭრის მანქანა

3D პრინტერი (Ultimaker 2 ან Prusa)

Screwdriver

ნაბიჯი 2: CAD ფაილები

ლაზერული ჭრა 3 მმ სისქით

-დამხმარე ფირფიტები

-მხარი დაუჭირეთ გადამრთველის აწევას

-ნემსის მოძრავი მხარდაჭერა

-ბუშტის მფლობელი

-4 გამაძლიერებელი საყრდენი

3D ბეჭდვა

-ძრავის მხარდაჭერა

-მხარი დაუჭირეთ ხრახნიან ჯოხს

-ბრუნვის ტუმბო

-ნემსის მხარდაჭერა

-შპრიცის მხარდაჭერა

ნაბიჯი 3: შეკრება

დასაწყისისთვის, ჩვენ შევიმუშავეთ ხის ბაზა, რომელიც შედგება 3 განსხვავებული ელემენტისგან: ქვედა ფირფიტა, ვერტიკალური ფირფიტა და სამკუთხა ფირფიტა, რომ ყველაფერი ერთად იყოს.

თქვენ ხედავთ სურათს, რომ სხვადასხვა ფირფიტებს აქვთ განმეორებითი T- ფორმის შაბლონები. ეს ნიმუშები გამოიყენება შეკრების დასაფიქსირებლად და ბაზის გამძლეობის საშუალებას მისცემს. ორი გადამრთველი მოთავსებულია დგუშზე და მობილური მოდულზე. ეს საშუალებას გაძლევთ მიანიჭოთ მითითება დგუშის მაქსიმალურ გაფართოებაზე და მითითება მობილური მოდულის უკიდურესად მარჯვენა პოზიციაზე.

გარდა ამისა, სტეპ-ძრავები დაფიქსირებულია ოთხი ხრახნით სამაგრიანი პრინტერის საშუალებით შექმნილ საყრდენზე. ამ საყრდენზე ორი პერპენდიკულარული ხვრელი იძლევა ფიქსაციას ვერტიკალურ ფირფიტაზე. ძრავების ორ ბრუნვის ღერძთან დაკავშირებული ხრახნიანი ღეროები, ისევე როგორც ოთხი გლუვი ბარი ინახება დამატებითი საყრდენებით, რომლებიც განლაგებულია ძრავების ანტიპოდზე. ამას გარდა, კონექტორები გამოიყენება ხრახნიანი ჯოხის დასაფიქსირებლად სტეპ-ძრავების ბრუნვის ღერძზე.

შპრიცი ასევე ფიქსირდება ფრჩხილით, რომელიც ბრალია ჰორიზონტალურ ფირფიტაზე. მისი დგუშის დაჭერა შესაძლებელია ტრაპეციული ნაწილის საშუალებით, რომელიც მოძრაობს ხრახნიანი ჯოხის გასწვრივ ბრუნვისას. ამ ნაწილს აქვს ხვრელი მის ინტერიერში, რომელიც დამონტაჟებულია თხილით. ეს კაკალი ტრაპეციული ნაწილის გადაადგილების საშუალებას იძლევა.

მილსადენი უკავშირდება შპრიცს უბრალოდ შპრიცის ბოლოში მიერთებით. მილის მეორე ბოლო ჩარჩენილია პატარა თეთრი PLA ნაწილის რგოლში. ლითონის წვერი, რომელიც თავდაპირველად შპრიცის ნაწილი იყო, ასევე მიმაგრებულია მილის ბოლოს. ჩვენ დავამატეთ შპრიცის ქუდი ნემსზე, რათა უკეთ შეავსოთ თეთრი ნაჭრის დიამეტრი. თავსახურს აქვს ბოლოში ხვრელი, რათა ნემსის წვერი გაიაროს. ეს პატარა თეთრი ნაწილი ხრახნიანია ორი ხრახნით მობილური მოდულის მოცურების ფირფიტაზე.

მობილური მოდული შედგება ხის ნაწილების ნაკრებისგან, რომლებიც ფიქსირდება ისევე, როგორც ფირფიტები, რომლებიც ქმნიან ბაზას. მოდული ქმნის ყუთს სამი ხვრელით, რომ მიიღოს ორი გლუვი ბარი და ხრახნიანი ჯოხი. ამ ყუთში არის ორი კაკალი, რომელიც მოდულის გადაადგილების საშუალებას იძლევა. მოდულის ზედა ფირფიტა გადადის ორი გლუვი ზოლის გასწვრივ. მოდულის შიდა ცენტრში, ფიქსირებული ფირფიტა ინახავს ხაზოვან ელექტრომაგნიტს. ეს საშუალებას აძლევს მოცურების ფირფიტას გააკეთოს ხაზოვანი მოძრაობები წინ და უკან.

არსებობს ორი ხის ფრჩხილი, რომელიც საშუალებას იძლევა ორი პერფორირებული ენა დაფიქსირდეს პირდაპირ ვერტიკალურ ფირფიტაზე ხრახნებით დაბლოკილი საყელურების გამოყენებით. ეს ორი ჩანართი იკეტება ბუშტუკების გადასატანად მათ ცენტრში. ბუშტუკების ქაღალდი შეიცავს შვიდი ბუშტს, რომელიც შეესაბამება კომპიუტერის მიერ დაშიფრულ 7 ბიტს.

ვერტიკალური ფირფიტის მეორე მხარეს არის PCB და arduino. PCB არის წებოვანი ჰორიზონტალურ ფირფიტაზე წებოვანი სისტემის საშუალებით, რომელიც თავდაპირველად არსებობს და არდუინო იჭრება ქვედა ფირფიტაზე. ამას გარდა, არის PCB- თან დაკავშირებული რეზისტენტული გამყოფი, რომელიც ხრახნიანია ხის სამკუთხა ნაწილზე. (სურათი: სისტემის უკანა ნაწილი)

*თითოეული ხრახნი, რომელიც სისტემის ნაწილია, კონსოლიდირებულია შესაფერისი ჭანჭიკებით.

ნაბიჯი 4: ელექტრონიკა და სენსორები

ჩვენ უნდა ვიცოდეთ ზედა სტეპერიანი ძრავის პოზიცია, როდესაც ბუშტუკების შეფუთვის მხატვარი იწყებს ბუშტების ზუსტი პოზიციების მიღწევას. ეს არის პირველი გადართვის მიზანი. ყოველ ჯერზე, როდესაც მოწყობილობა ხატავს ხაზს, ძრავა ბრუნავს მანამ, სანამ გადამრთველი არ შეცვლის მდგომარეობას.

ჩვენ გვჭირდება სხვა გადამრთველი, რომ ვიცოდეთ, როდის მიაღწევს სტეპერი შპრიცს დგუშის ბოლომდე. მეორე გადამრთველი გამოიყენება სისტემის შესაჩერებლად, როდესაც შპრიცი ცარიელია. მესამე სურვილისამებრ გადამრთველს შეუძლია გააგრძელოს შეღებვა შპრიცის შევსებისას. ეს კონცენტრატორები იყენებენ დაბალ ძაბვას და შეიძლება პირდაპირ მიეწოდოს არდუინოს. ორ სტეპერ ძრავას და მაგნიტს სჭირდებათ მეტი ენერგია და მიეწოდება ენერგიის გენერატორი, რომელიც აწვდის 12 ვ და 1 ა. ორი DRV8825 სტეპერიანი ძრავის მძღოლი გარდაქმნის სიგნალებს არდუინოდან ძრავების დენად. ამ მძღოლების დაკალიბრებაა საჭირო. დაკალიბრება ხდება ერთი სტეპერის ბრუნვით მუდმივი სიჩქარით და მძღოლის ხრახნის მორგებით მანამ, სანამ ბრუნვის მომენტი საკმარისი არ იქნება ნემსისა და საყრდენის შეუფერხებლად გადასატანად. ბოლო ელემენტია ელექტრომაგნიტი. ერთი გამწევი რეზისტორი გამოიყენება mosfet– ის გადატვირთვისას, როდესაც არდუინოს მიერ დენი არ იგზავნება. ელექტრონიკის სხვა ნაწილების დასაცავად, ელექტრომაგნიტს ასევე ემატება დასაბრუნებელი დიოდი. Mosfet ცვლის მაგნიტს მაღალ და დაბალ მდგომარეობებს შორის.

ნაბიჯი 5: პითონის კოდი

კომპიუტერსა და არდუინოს შორის პითონის გამოყენებით კომუნიკაციისთვის, ჩვენ დავეყრდენით ამ ფორუმზე მოცემულ კოდებს:

სტეპერ ძრავის გასაკონტროლებლად, ეს საიტი ძალიან გამოსადეგი იყო: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ და არდუინოს საფუძვლების გასაგებად, ასევე იყო "არდუინოს პროექტების წიგნი" ძალიან დამხმარე. კოდის ორი ნაწილი არსებობს: პირველი არის პითონის კოდი, რომელიც ასკიის ორობითი კოდის ასოს გადააქცევს და აგზავნის მას arduino– ში, ხოლო მეორე არის arduino კოდი, რომელიც ყვავის შესაბამის ბუშტუკებში. შემდეგი დიაგრამა განმარტავს არდუინოს კოდის პრინციპს:

ნაბიჯი 6: ვიდეო

სამუშაო პროექტი!

ნაბიჯი 7: გაუმჯობესება

პროექტის გაუმჯობესება შესაძლებელია მრავალი გზით. პირველ რიგში, ხაზზე ბუშტუკების რაოდენობა შეიძლება ადვილად გაიზარდოს. ეს შეიძლება გაკეთდეს ორობითი კოდების აღებით, შესასვლელში ორი ასლის ჩაწერით, მაგალითად, ერთის ნაცვლად. ASCII კოდი ორჯერ გრძელი იქნება.

ყველაზე მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება იქნება ბუშტების შევსება არა მხოლოდ x ღერძის გასწვრივ, არამედ y ღერძის გასწვრივ. ამრიგად, ბუშტის შევსება გაკეთდება 2D ნაცვლად 1D. ამის უმარტივესი გზაა ბუშტის ქაღალდის სიმაღლის შეცვლა, ძრავის აწევისა და დაწევის ნაცვლად. ეს იმას ნიშნავს, რომ ბუშტუკების ქაღალდის საყრდენის კიდე არ ჩამოკიდოთ ფირფიტაზე, არამედ 3D ბეჭდვით საყრდენზე. ეს საყრდენი დაკავშირებული იქნება ხრახნიანი ღეროსთან, რომელიც თავად იქნება დაკავშირებული სტეპერ ძრავასთან.

ნაბიჯი 8: შეექმნა პრობლემები

მთავარი პრობლემა, რომელთანაც ჩვენ გვქონდა გამკლავება არის ელექტრომაგნიტი. მართლაც, იმისათვის, რომ თავიდან ავიცილოთ მძიმე და მძიმე მესამე ძრავა, ელექტრომაგნიტი იყო სრულყოფილი კომპრომისი. გარკვეული ტესტების შემდეგ, სიმტკიცე მუდმივად ძალიან დაბალი აღმოჩნდა. ასე რომ, მეორე გაზაფხული უნდა დაემატოს. უფრო მეტიც, მას შეუძლია მხოლოდ ძალიან მსუბუქი ტვირთის გადატანა. განსხვავებული ელემენტების განლაგება უნდა გადახედოს.

შპრიცის ტუმბო ასევე იყო პრობლემა. უპირველეს ყოვლისა, უნდა მოდელირებულიყო ნაწილი, რომელიც შეიძლებოდა დაერთო გაუთავებელ ჯოხს და ერთდროულად დაეჭირა დგუში. მეორეც, სტრესის განაწილება მნიშვნელოვანი იყო ნაწილის გატეხვის თავიდან ასაცილებლად. უფრო მეტიც, 2 სტეპერიანი ძრავა არ არის ერთი და იგივე: მათ არ აქვთ იგივე მახასიათებლები, რამაც გვაიძულა დავამატოთ ძაბვის გამყოფი. ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ წყლის საღებავი (ჩვენს შემთხვევაში განზავებული გუაში), რადგან ძალიან სქელი საღებავი არ გაივლის ნემსს და გამოიწვევს მილის ძალიან დიდ წნევის დაკარგვას.