رسام تغليف الفقاعات: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

كجزء من دورة Master 1 "Mechatronics 1 - MECA-Y403" في ULB ، طُلب منا تصميم روبوت يؤدي وظيفة محددة وإنشاء موقع ويب يلخص تصميم الروبوت ، بدءًا من اختيار المواد ، النمذجة والإدراك والتعليمات البرمجية التي تسمح للنظام بأكمله بالعمل. اختارت المجموعة بأكملها بالإجماع صنع الروبوت "Bubble Wrap Painter".

"Bubble Wrap Painter" هو جهاز قادر على حقن الطلاء في بعض الفقاعات من غلاف الفقاعة من جهاز التحكم في الجهد الذي يوفره الكمبيوتر. في البداية ، كان على الروبوت أن يكون قادرًا على حقن السائل في مستوى ثنائي الأبعاد من أجل إنشاء رسم موضعي. ومع ذلك ، لأسباب اقتصادية وعملية ، انسحبت المجموعة لحقن الطلاء على مسار 1D. يعمل الروبوت على النحو التالي: يتم استخدام نظام لولبي دودي للضغط على مكبس حقنة مملوءة في البداية بالطلاء. يتم توصيل المحقنة بأنبوب مرن من مادة البولي بروبيلين يسمح بتوصيل الطلاء بطرف معدني متصل بالوحدة المتنقلة. هذه الوحدة قادرة على الانزلاق على طول محور أفقي ، مرة أخرى عن طريق نظام دودة. من ناحية أخرى ، يتم توصيل الطرف بمغناطيس كهربائي خطي متصل أيضًا بالوحدة المتنقلة. يتم استخدام المغناطيس الكهربائي لوخز غلاف الفقاعة المثبت على لوحة عمودية. بمجرد ثقب الفقاعة ، يتم حقن الطلاء فيها وما إلى ذلك.

الخطوة 1: وصف الأجزاء والأدوات

عملية الشراء

2 شعاع اقتران 5mm إلى 6mm

1 حقنة بحجم 10 مل (بطول 7 ، 5 سم)

1 أنبوب من البولي بروبلين المرن بقطر 4 مم

1 إبرة مع غطاء الأمان الخاص به

الغواش المخفف بالماء

2 قضبان ملولبة: قطر 6 مم و 18 و 5 سم طويلة

2 قضيب أملس قطر 8 مم وطول 21 سم

2 قضيب أملس قطر 8 مم وطول 10 سم

التفاف فقاعة

الكترونيات

1 لوح توصيل

1 اردوينو

1 محرك متدرج

1 محرك متدرج RS PRO Hybrid ، محرك متدرج مغناطيسي دائم 1.8 درجة ، 0.22 نانومتر ، 2.8 فولت ، 1.33 أمبير ، 4 أسلاك

2 مفتاح صغير V-156-1C25

1 مغناطيس كهربائي ZYE1-0530

مزود الطاقة

عدد 2 موصلات موز

45 سلك توصيل

6 كابلات موصلة

الصمام الثنائي 1N4007

الترانزستور IRF5402

3 مقاومات 4 ، 7 كيلو أوم

عدد 2 سائق DRV8825

1 مفتاح زر ضغط

المسمار والمكسرات والتثبيتات

42 برغي M3 بطول 16 مم

4 برغي M3 بطول 10 مم

4 مسامير M4 طولها 16 مم

2 مسامير M2 ، بطول 5 16 مم

52 صمولة مقابلة

عدد 2 غسالة عادية من الفولاذ M3

الأدوات المستعملة

آلة القطع بالليزر

طابعة ثلاثية الأبعاد (Ultimaker 2 أو Prusa)

مفك براغي

الخطوة الثانية: ملفات CAD

القطع بالليزر بسمك 3 مم

- لوحات الدعم

-دعم رفع التبديل

- تحريك دعامة الإبرة

-حامل فقاعات

-4 زيادة الدعم

طباعة ثلاثية الأبعاد

-دعم المحرك

-دعم قضيب الخيوط

مضخة الحقن

-دعم الإبرة

-دعم الحقنة

الخطوة 3: التجميع

بادئ ذي بدء ، قمنا بتصميم قاعدة خشبية مكونة من 3 عناصر مختلفة: صفيحة سفلية ولوحة عمودية ولوحة مثلثة لتثبيت كل شيء معًا.

يمكنك أن ترى في الصورة أن اللوحات المختلفة لها أنماط متكررة على شكل حرف T. تُستخدم هذه الأنماط لإصلاح التجميع والسماح للقاعدة بأن تكون قوية. يتم وضع المفتاحين على المكبس والوحدة المتنقلة. يسمح هذا بإعطاء إشارة على التوالي حول أقصى تمدد للمكبس وإشارة إلى الموضع الأيمن الأقصى للوحدة المتنقلة.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تثبيت المحركات المتدرجة بأربعة مسامير لدعم تم إنشاؤه باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. على هذا الدعم ، يوجد فتحتان متعامدتان تسمحان بالتثبيت على اللوحة الرأسية. يتم تثبيت القضبان الملولبة المتصلة بمحوري الدوران للمحركات بالإضافة إلى القضبان الأربعة الملساء بواسطة دعامات إضافية موجودة في نقيض المحركات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام الموصلات لإصلاح القضيب الملولب بمحور الدوران لمحركات الخطوة.

يتم تثبيت المحقنة أيضًا بقوس يتم تثبيته على اللوحة الأفقية. يمكن الضغط على مكبسها عن طريق قطعة شبه منحرفة تمتد على طول القضيب الملولب أثناء دورانه. يحتوي هذا الجزء على فتحة بداخله مزودة بصمولة. يسمح هذا الجوز للجزء شبه المنحرف بالتحرك.

يتم توصيل الأنبوب بالمحقنة ببساطة عن طريق توصيله بنهاية المحقنة. الطرف الآخر من الأنبوب عالق في حلقة قطعة بيضاء صغيرة من PLA. تم أيضًا قطع الطرف المعدني الذي كان في الأصل جزءًا من المحقنة في نهاية الأنبوب. لقد أضفنا غطاء المحقنة إلى الإبرة لملء قطر القطعة البيضاء بشكل أفضل. يحتوي الغطاء على فتحة في النهاية للسماح لطرف الإبرة بالمرور. هذا الجزء الأبيض الصغير مشدود ببراغي على اللوحة المنزلقة للوحدة المتنقلة.

تتكون الوحدة المتنقلة من مجموعة من الأجزاء الخشبية المثبتة بنفس طريقة الألواح التي تشكل القاعدة. تشكل الوحدة صندوقًا به ثلاثة ثقوب لقبول القضبان الملساء والقضيب الملولب. يوجد داخل هذا الصندوق صامولتان تسمحان بتحريك الوحدة. تنزلق اللوحة العلوية للوحدة النمطية على طول قضيبين ناعمين. في المركز الداخلي للوحدة هناك ، توجد لوحة ثابتة تحمل المغناطيس الكهربائي الخطي. هذا يسمح للوحة المنزلقة بعمل حركات خطية ذهابًا وإيابًا.

يوجد قوسان خشبيان يسمحان بتثبيت لسانين مثقوبين مباشرة على اللوح الرأسي باستخدام غسالات مسدودة بالمسامير. تقوم هاتان العلامتان بإسفين شريط من الفقاعات في وسطها. تحتوي ورقة الفقاعة هنا على سبع فقاعات تقابل 7 بتات مشفرة بواسطة الكمبيوتر.

على الجانب الآخر من اللوحة العمودية يوجد PCB و arduino. يتم لصق ثنائي الفينيل متعدد الكلور على اللوحة الأفقية عن طريق نظام لصق موجود في البداية ويتم تثبيت اردوينو على اللوحة السفلية. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد فاصل مقاوم متصل بـ PCB وهو مثبت بالجزء المثلث الخشبي. (الصورة: الجزء الخلفي من النظام)

* كل من البراغي التي تشكل جزءًا من النظام مدمجة بمسامير مناسبة.

الخطوة الرابعة: الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار

نحتاج إلى معرفة موضع محرك السائر العلوي عندما يبدأ رسام غلاف الفقاعة في الوصول إلى المواضع الدقيقة للفقاعات. هذا هو هدف التبديل الأول. في كل مرة يرسم الجهاز خطاً ، يدور المحرك حتى يتغير حالة المفتاح.

نحتاج إلى مفتاح آخر لنعرف متى وصل السائر الذي يدفع المحقنة إلى نهاية المكبس. يتم استخدام المفتاح الثاني لإيقاف النظام عندما تكون المحقنة فارغة. يمكن أن يستمر مفتاح اختياري ثالث في الطلاء عند ملء المحقنة. تستخدم هذه المفاتيح الفولتية المنخفضة ويمكن تزويدها مباشرة بواسطة اردوينو. يحتاج محركا السائر والمغناطيس إلى مزيد من الطاقة ويتم توفيرهما بواسطة مولد طاقة يوفر 12 فولت و 1 أمبير. يعمل محركان متدرجان DRV8825 على تحويل الإشارات من اردوينو إلى تيار للمحركات. تحتاج هذه المحركات إلى المعايرة. تتم المعايرة بجعل محرك خطوة يدور بسرعة ثابتة وضبط برغي المحرك حتى يصبح العزم كافيًا لتحريك الإبرة والدعامة بسلاسة. العنصر الأخير هو المغناطيس الكهربائي. يتم استخدام المقاوم المنسدل لإعادة ضبط mosfet عندما لا يتم إرسال تيار بواسطة اردوينو. لحماية الأجزاء الإلكترونية الأخرى ، يتم أيضًا إضافة الصمام الثنائي flyback إلى المغناطيس الكهربائي. يقوم جهاز mosfet بتبديل المغناطيس بين الحالات العالية والمنخفضة.

الخطوة 5: كود بايثون

للتواصل بين الكمبيوتر و arduino باستخدام Python ، اعتمدنا أنفسنا على الأكواد المتوفرة في هذا المنتدى:

للتحكم في محرك السائر ، كان هذا الموقع مفيدًا للغاية: https://www.makerguides.com/drv8825-stepper-motor-driver-arduino-tutorial/ ولفهم أساسيات اردوينو ، كان "كتاب مشاريع اردوينو" أيضًا مفيد جدا. يوجد جزءان من الكود: الأول هو رمز بيثون يحول حرفًا في الكود الثنائي لـ ascii ويرسله شيئًا فشيئًا إلى arduino ، والثاني هو كود اردوينو الذي يلف في الفقاعات المقابلة. يوضح المخطط الانسيابي التالي مبدأ كود اردوينو:

الخطوة 6: الفيديو

مشروع العمل!

الخطوة 7: التحسينات

يمكن تحسين المشروع بعدة طرق. أولاً ، يمكن زيادة عدد الفقاعات الموجودة على الخط بسهولة. يمكن القيام بذلك عن طريق أخذ أكواد ثنائية أطول ، عن طريق كتابة حرفين عند الإدخال بدلاً من حرف واحد على سبيل المثال. سيكون رمز ASCII أطول مرتين بعد ذلك.

سيكون التحسين الأكثر أهمية هو القدرة على ملء الفقاعات ليس فقط على طول المحور السيني ولكن أيضًا على طول المحور الصادي. لذلك سيتم ملء الفقاعات في 2D بدلاً من 1D. أسهل طريقة للقيام بذلك هي تغيير ارتفاع ورقة الفقاعة ، بدلاً من رفع وخفض المحرك. هذا يعني عدم تعليق حافة حامل ورق الفقاعة على اللوحة ولكن على دعامة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. سيتم توصيل هذا الدعم بقضيب ملولب ، وهو نفسه متصل بمحرك متدرج.

الخطوة 8: المشاكل التي تمت مواجهتها

المشكلة الرئيسية التي كان علينا التعامل معها هي المغناطيس الكهربائي. في الواقع ، من أجل تجنب وجود محرك ثالث ثقيل وثقيل ، بدا أن المغناطيس الكهربائي هو الحل الوسط المثالي. بعد بعض الاختبارات ، أثبتت الصلابة باستمرار أنها منخفضة جدًا. لذلك كان لا بد من إضافة ربيع ثان. علاوة على ذلك ، يمكنها فقط نقل الأحمال الخفيفة جدًا. يجب مراجعة ترتيب العناصر المختلفة.

كانت مضخة الحقنة مشكلة أيضًا. أولاً ، يجب تصميم جزء يمكن ربطه بالقضيب اللامتناهي والضغط على المكبس في نفس الوقت. ثانيًا ، كان توزيع الضغط مهمًا لتجنب كسر الجزء. علاوة على ذلك ، فإن محركي السائر ليسا متماثلين: فهما لا يتمتعان بنفس الخصائص ، وهو ما أجبرنا على إضافة مقسم جهد. كان علينا استخدام الطلاء المائي (الغواش المخفف في حالتنا) ، لأن الطلاء السميك جدًا لن يمر في الإبرة وسيتسبب في فقد الكثير من الضغط في الأنبوب.