„Arduino“automatinių gijų dozatorius: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Kodėl motorizuotas įrankis

3D spausdintuvų gija - paprastai beveik tvirta - ištraukiama ekstruderio, o ritinys dedamas šalia spausdintuvo, kad galėtų laisvai suktis. Pastebėjau reikšmingų medžiagų elgesio skirtumų, priklausomai nuo naudojimo lygio, nurodant 1 kg gijų ritinius. Naujas (pilnas) gijų ritinys teka beveik gerai, tačiau ekstruderio jėga turėtų būti gana svarbi: svoris ne mažesnis kaip 1,5 kg.

Ekstruderio variklis (daugeliu atvejų „Nema17“žingsninis) turi pakankamai galios darbui atlikti, tačiau dvi ekstruderio pavaros, stumdamos kaitinamąjį siūlelį į karštojo galo pusę, kai dirba, surenka gijų daleles dėl veikiančių jėgų; tam reikia dažnai prižiūrėti ekstruderį, kad purkštukas neužsikimštų. Šios dalelės yra linkusios atsiskirti ir susimaišyti su švariu siūlu, kai jis tiekiamas, todėl padidėja purkštukų problemos ir dažnesnis purkštukų nusidėvėjimas; tai dažniau pasitaiko su 0,3 mm skersmens purkštukais.

Kai siūlų ritinėlis yra pusiau ar daugiau naudojamas, jo spiralės tampa mažesnės ir tam tikromis aplinkos sąlygomis siūlai linkę lūžti per dažnai. Ilgos spausdinimo užduotys tampa mažiau patikimos ir įtemptos; Aš negaliu palikti spausdintuvo dirbti vieną naktį jo nekontroliuodamas. Taigi valdant kaitinamųjų siūlų tiekimą variklio skaičiais, išsprendžiama daugybė problemų.

Rinkinį galima rasti Tindie.com

1 veiksmas: rinkinio turinys

Į komplektą įeina visos 3D spausdintos dalys ir mechanika, skirta motoriniam gijų dalytuvui surinkti. Vietoj to yra dvi papildomos dalys: variklis ir variklio valdiklio plokštė.

Savo sąrankoje naudojau 12 V „McLennan“šepečiu varomą reduktorių, tačiau bet kuris 37 mm skersmens variklis, tinkantis varikliui, gali tinkamai tilpti į variklio atramą.

Geriausi pasirodymai pasiekiami naudojant „Infineon“„TLE94112LE Arduino“skydą (pilna apžvalga čia); Ši nuolatinės srovės variklio valdiklio plokštė vienu metu gali palaikyti iki 6 skirtingų robotų dozatorių rinkinių.

Aš išbandžiau visą sistemą tiek „Arduino UNO R3“, tiek „Arduino“suderinamoje „Infineon“plokštėje „XMC1100 Boot Kit“, ir sistema labai gerai reagavo į abi mikrovaldiklio plokštes.

Siūloma naudoti skydą TLE94112LE, bet tai nėra būtina. Bet kuris nuolatinio variklio valdiklis „Arduino“- įskaitant jūsų projektą! - gali gerai dirbti su šiuo įrankiu

Rinkinys yra padalintas į du komponentų rinkinius, nes dvi dalys yra sukurtos dirbti kartu. Pagrindo platforma palaikys gijų ritinį, besisukantį ant keturių laisvų ratų guolių. Pagrindas pritvirtintas prie svorio jutiklio, kad būtų galima valdyti besisukantį mechanizmą, suaktyvinantį jo aktyvavimą, ir stebėti kaitinamųjų siūlų sąlygas: svorį, metrus ir procentą. Daug informacijos ir visą komandų rinkinį galima pasiekti iš „Arduino“per nuoseklųjį terminalą.

Jums reikalingi įrankiai

Norėdami užbaigti surinkimą, tam tikroms dalims jums reikia tvirtų plastikinių klijų, atsuktuvo ir šešiakampių varžtų.

2 žingsnis: projektas ir dizainas

Šis projektas yra trečioji 3D spausdintuvų gijų dalytuvų serijos raida. Prieš keletą kartų sukūriau besisukantį pagrindą, kad optimizuočiau kaitinamojo siūlo srautą, kai traukiamas 3D spausdintuvo ekstruderiu.

Antrame modelyje buvo svorio jutiklis, skirtas realiu laiku stebėti kaitinamųjų siūlų naudojimą naudojant „Arduino“plokštę. Šis paskutinis projektas apima automatinį kaitinimo siūlelio išleidimą, atsižvelgiant į 3D spausdintuvo darbo poreikius. Jis pagrįstas virtualiu svorio svyravimu, kai ekstruderis pradeda traukti giją. Šis įvykis suaktyvina mikrovaldiklį per svorio jutiklį, o motorizuotas gijų ritinys pradeda išleisti kelis colius medžiagos, tada sulėtėja ir sustoja.

Komponentai buvo eksportuoti STL formatu ir atspausdinti 3D, tada patobulinti ir surinkti kartu. Sukūriau pasirinktinį palaikymą, kad judesio dalis būtų suderinta su pagrindu. Ilgesnis aliuminio bėgelis taip pat buvo naudojamas „Arduino“ir variklio skydui palaikyti, kad visas įrankis būtų kompaktiškas ir lengvai judamas.

Kurdamas dizainą vadovavausi daugybe prielaidų:

• Padaryti automatinį variklį beveik paprastą ir lengvai atkurti
• Norėdami tai padaryti, kiek įmanoma sumažinkite nespausdinamų 3D komponentų skaičių
• Kiek įmanoma sumažinkite spaudimą, kuris spaudžiamas ekstruderiui
• Naudokite nebrangią ir lengvai programuojamą mikrovaldiklio plokštę
• Naudokite svorio apkrovos jutiklį, kad galėtumėte kontroliuoti kaitinamųjų siūlų suvartojimą ir kaitinimo siūlų valdymą Aplinkos keliamas triukšmas, trukdantis siūlų svorio matavimui

Tai yra rezultatas, kurį pasiekiau.

3 žingsnis: pagrindo surinkimas

Pirmasis žingsnis yra surinkti pagrindą su svorio jutikliu.

1. Įdėkite mažą guolio ašies vamzdelį į guolio angą
2. Įdėkite du atskyrimo diskus prie guolio šonų
3. Įdėkite komponentus į „U“dydžio guolio atramą, išlygindami skyles
4. įkiškite šešiakampį varžtą į vieną pusę, o poveržlę ir veržlę - į kitą pusę, uždarydami veržlę be didelių pastangų

Turėtumėte pakartoti operaciją su visomis keturiomis guolių atramomis. Tada patikrinkite surinkimą: guoliai turėtų laisvai suktis.

Dabar šešiakampiais varžtais pritvirtinkite keturias viršutinio pagrindo guolių atramas su keturiomis reguliavimo angomis. Sureguliuokite guolių atramas, kad jos būtų lygiagrečios. Reguliuokite atstumą, priklausomai nuo gijų ritinių pločio.

Kitas žingsnis yra surinkti svorio jutiklio juostą, laikančią apatinį ir viršutinį pagrindą. Svorio jutiklis turi du skirtingus šešiakampius varžtus iš abiejų pusių, ir jūs turėtumėte jį nukreipti taip, kad maksimalios svorio etiketė būtų įskaitoma, kai pagrindas tinkamai įdėtas. Apatiniame pagrinde yra dvi papildomos šoninės angos svorio jutiklio A/D stiprintuvui pritvirtinti. Stiprintuvas, pagrįstas HX711 IC, bus maitinamas ir prijungtas prie „Arduino“plokštės per keturis laidus, kaip parodyta pridedamame jutiklio duomenų lape.

Paskutinis žingsnis yra surinkti visą viršutinį pagrindą ant svorio jutiklio, jau pritvirtinto prie apatinės dalies.

Pirmasis komponentas buvo nustatytas!

4 žingsnis: ritės judesio variklio dalių surinkimas

Lengvesnė ritės judesio variklio surinkimo procedūra yra atskirai surinkti keturis svarbiausius komponentus ir užbaigti galutinį pastatą:

Pavarų nuolatinės srovės variklis variklio pavarų dėžėje

Nuolatinės srovės variklis turi būti sumontuotas centrinėje konstrukcijos atramos dalyje; prieš įsukdami variklį, turėtumėte nuspręsti, kokia bus jūsų pageidaujama pusė, kur pastatyti krumpliaračio pusę, kad būtų teisingai sulygiuotos dvi rankos, laikančios variklį ir varoma didelė pavara.

Varoma didelė pavara

Didelė pavara turi būti prisukama sutrumpintu kūginiu bloku keturiais šešiakampiais varžtais. Ši krumpliaračio sukimosi ašis bus užblokuota veržlėmis; kūginė dalis laikys gijų ritę, kuri yra užfiksuota kitoje pusėje panašiomis veržlėmis kito sutrumpinto kūgio bloko viduje. Šis sprendimas ne tik laiko judantį mechanizmą, bet ir nukreipia visą svorį į pagrindą, o tai yra sistemos tara.

Ritės užrakto laikiklis

Tai sutrumpintas kūginis blokas, kuris kartu su varoma pavara fiksuoja panašią fiksavimo pusę, kad laikytų judesio mechanizmą prie gijų ritės. Takto dėka pastatą užbaigia gijų ritinys, o judėjimas dviem rankomis gali laisvai judėti kitoje pusėje.

Kaip parodyta paveikslėliuose, ritės užrakto laikiklis yra pagamintas iš dviejų dalių. Pirmiausia įkiškite M4 veržlę į didesnę bloko dalį, tada priklijuokite antrąją dalį (dangtelį), laikydami blokus kartu. Veržlė lieka įkalinta spynos laikiklio viduje, kuri bus prisukama prie srieginės varomosios ašies.

Guolių dėžutė

Guolių dėžė turi dvi funkcijas: užtikrina gerą transmisijos pavarų palaikymą ir sklandų bei tylų judesį. Norėdami surinkti guolių dėžę, atlikite šiuos paprastus veiksmus:

1. Prisukite pirmąją M4 veržlę prie vieno iš dviejų ritės laikiklio varomos ašies galų
2. Įdėkite pirmąjį guolį
3. Įdėkite separatorių
4. Įdėkite antrąjį guolį
5. Prisukite antrąją veržlę ir saikingai užfiksuokite. Vidinis plastikinis separatorius atlaikys pakankamą jėgą, kad daiktai išliktų vietoje ir ilgą laiką.
6. Įdėkite surinktus guolius į guolių dėžę. Tai turėtų būti daroma priverstinai, kad būtų pasiekti geresni rezultatai, todėl rafinuojant plastikines dalis per daug neišplėskite dėžutės vidinės pusės.

Mes pasiruošę galutiniam komponentų surinkimui!

5 žingsnis: judesio variklio surinkimo užbaigimas

Mes ketiname baigti konstrukcijos surinkimą, tada galime pereiti prie bandymo judesio. Dabar jums vėl reikia kelių klijų. Guolių dėžė, surinkta ankstesniame žingsnyje, turėtų būti įkišta į variklio atramos abiejų svirties dėžutės laikiklio angą ir galbūt prieš tai priklijuota, kad užsuktų dėžutės dangtį.

Įspėjimas: neklijuokite dėžutės dangtelio, tik užsukite. Dangtis yra svarbus apsaugai nuo dulkių ir turi būti nuimamas atliekant bet kokią būsimą techninę priežiūrą.

Kai ši sąranka bus baigta prieš pridedant varomą pavarą (didesnę), pridėkite mažą atskyrimo žiedą: jis išlaiko didelę pavarą suderintą su variklio pavara, veikiančia kaip poveržlė, skirta pritvirtinti varomą judantį mazgą.

Tada į variklio veleną įstatykite vairuotojo pavarą (mažąją). Atkreipkite dėmesį, kad variklyje yra plokščia pusė, taip pat centrinėje pavaros skylėje, kad pavara suktųsi nuolatinės srovės varikliu.

Paskutiniame žingsnyje įterpkite didelę pavarą, kaip parodyta paveikslėliuose, ir užfiksuokite ją prie srieginės ašies dviem M4 veržlėmis.

Mechanikos pastatas baigtas!

6 veiksmas: premija: kaip aš pritaikiau palaikymą rinkiniui valdyti

Norėdami išlaikyti rinkinį vietoje, aš sukūriau labai paprastą struktūrą, pagrįstą dviem aliuminio kvadratiniais vamzdeliais, kurie palaiko ir pagrindą, ir judesio struktūrą. Pagrindas buvo pritvirtintas keturiais varžtais prie dviejų bėgių (apie 25 cm ilgio), o su keliomis mažomis 3D spausdintomis atramomis turiu judesio variklį, kuris gali būti laisvai perkeltas, kad būtų lengviau įdėti ir išimti gijų ritinėlį.

Kiekvienas gali pasirinkti savo sprendimą, atsižvelgdamas į tai, kaip išdėstytas jo darbastalis.

7 žingsnis: laidų prijungimas ir prijungimas prie „Arduino“

Kaip paaiškinta rinkinio turinio žingsnyje, „Arduino“naudoju „Infineon“TLE94112LE nuolatinės srovės variklio skydą ir išbandžiau variklį „Arduino UNO R3“ir „Infineon XMC110 Boot Kit“.

Jei valdysite variklį (reikia PWM funkcijų) pasirinkta nuolatinės srovės valdiklio plokšte, tiesiog pritaikykite instrukcijas prie skydo techninių specifikacijų.

Pastaba apie TLE04112LE „Arduino Shield“

Viena iš apribojimų, kuriuos patyriau naudojant kitus „Arduino“variklio valdymo skydus, yra tai, kad jie naudoja to paties mikrovaldiklio funkcijas (pvz., PWM ir GPIO kaiščius); tai reiškia, kad jūsų lenta tampa skirta šioms užduotims, o kitiems tikslams yra tik keli kiti ištekliai (MPU ir GPIO).

Turint galimybę uždėti rankas ant „TLE94122LE Arduino“skydo bandymams keliuose, akivaizdžiausias plokštės pagrįstas IC pranašumas yra tik jos išsamumas. „Arduino“plokštė susisiekia su skydu per SPI protokolą, naudodama tik du kaiščius. Kiekvieną komandą, kurią siunčiate į skydą, TLE94112LE IC apdoroja savarankiškai, nenaudojant MPU išteklių. Kitas puikus „Infineon“plokštės bruožas yra galimybė valdyti iki šešių šepečių variklių su trimis programuojamais PWM kanalais. Tai reiškia, kad „Arduino“gali nustatyti vieną ar daugiau variklių, paleisti juos ir toliau dirbti su kitomis užduotimis. Šis skydas pasirodė tobulas palaikyti iki šešių skirtingų kaitinamųjų siūlų ritinių vienu metu, o judėjimas yra tik viena iš MPU atsakingų užduočių. Atsižvelgiant į galimybę valdyti šešias skirtingas kaitinimo siūles su vienu „Arduino +“skydu, mikrovaldiklio sąnaudų poveikis kiekviename gijų valdiklyje už mažiau nei 5 eurus.

Svorio jutiklis

Atlikęs keletą eksperimentų pamačiau, kad galima valdyti visą sistemą - stebėjimą ir automatinį maitinimą - vienu jutikliu; apkrovos elementas (svorio jutiklis) gali dinamiškai išmatuoti gijų ritės svorio svyravimus, pateikdamas visą mums reikalingą informaciją.

Aš naudoju nebrangų 0-5 kg apkrovos elementą kartu su maža plokšte, pagrįsta HX711 AD stiprintuvu, IC, skirtu valdyti apkrovos elementų jutiklius. Sąsajos problemų nebuvo, nes yra gerai veikianti „Arduino“biblioteka.

Trys aparatūros nustatymo veiksmai

1. Įdėkite skydą ant „Arduino“plokštės arba „Infineon XMC110 Boot Kit“
2. Prijunkite variklio laidus prie varžtų „Out1“ir „Out2“jungčių
3. Prijunkite HX711 AD svorio jutiklio stiprintuvo maitinimą ir signalus prie „Arduino“kaiščių. Šiuo atveju aš naudoju 2 ir 3 kaiščius, bet visi laisvi kaiščiai yra tinkami.

Įspėjimas: 8 ir 10 p. Yra apsaugotas skydo TLE94113LE SPI jungčiai

Tai viskas! Pasiruošę nustatyti programinę įrangą? Pirmyn.

8 veiksmas: programinės įrangos ir valdymo komandų rinkinys

Visą dokumentuotą programinę įrangą galima atsisiųsti iš „GitHub“saugyklos 3DPrinterFilamentDispenserAndMonitor

čia mes svarstome tik prasmingiausias dalis ir valdymo komandas.

Yra priežastis, kurią lemia „Arduino UNO I“turimų kaiščių skaičius, nusprendęs valdyti sistemą per USB nuoseklųjį terminalą; Kadangi kiekvienas motorizuotas įrenginys yra pagrįstas svorio jutikliu, norint valdyti šešis skirtingus gijų dozatorius, reikia nuskaityti šešių svorio jutiklių duomenis. Kiekvienas apkrovos elementas „sunaudoja“du kaiščius, 0 ir 1 kaiščiai yra rezervuoti (Tx/Rx) nuosekliajam, o 8 ir 10 kaiščiai yra skirti SPI kanalui, jungiančiam skydą TLE94112LE.

Sistemos būsena

Valdymo programinė įranga veikia per keturias skirtingas būsenas, apibrėžtas filament.h:

#define SYS_READY „Paruošta“// Sistema paruošta

#define SYS_RUN „Vykdoma“// naudojama gija 3

Būsena: pradėta

Ši būsena atsiranda po aparatinės įrangos atstatymo arba įjungus sistemą. Įjungimo (ir sąrankos () iškvietimas, kai prasideda eskizas) inicijuoja vidines numatytas vertes ir turi būti paleistas be papildomo svorio platformoje, nes inicijavimo sekos dalis yra absoliutinės taros gavimas norint pasiekti fizinį nulinį svorį.

Būsena: paruošta

Pasirengimo būsena atsiranda po minkšto atstatymo (siunčiamas iš serijinio terminalo). Jis panašus į fizinę rezekciją, tačiau taros nėra apskaičiuojamos; atstatymo komandą galima paleisti ir tada, kai sistema veikia.

Būsena: įkelti

Įkrovimo būsena atsiranda, kai terminalas siunčia įkėlimo komandą. Tai reiškia, kad gijų ritinys buvo pakrautas ir apskaičiuota dinaminė tara. Tikslus gijų svoris gaunamas iš ritinėlio sąrankos atimant variklio bloko ir tuščio ritinio svorį.

Būsena: veikia

Ši būsena leidžia automatiškai apskaičiuoti svorį ir automatinį gijų dalytuvą.

Terminalo pranešimai

Dabartinė programinės įrangos versija grąžina žmonėms skaitomus pranešimus į terminalą, priklausomai nuo komandų. Eilutės pranešimai yra apibrėžti dviejuose antraštės failuose: commands.h (su komandomis susiję pranešimai ir atsakymai) ir filament.h (eilutės, kurias analizatorius naudoja sudėtiniams pranešimams kurti).

Komandos

Komandų valdyme dalyvauja du skirtingi failai: commands.h, įskaitant visas komandas ir susijusius parametrus bei giją.h, įskaitant visas konstantas ir apibrėžtis, kurias naudoja svėrimo sistema ir analizatorius.

Nors vidiniai skaičiavimai atliekami automatiškai naudojant programinę įrangą, aš įgyvendinau keletą komandų, skirtų nustatyti sistemos veikimą ir rankiniu būdu valdyti kai kuriuos parametrus.

Komandų raktiniai žodžiai skiria didžiosios ir mažosios raidės ir turėtų būti siunčiami tik iš terminalo. Jei komanda neatitinka dabartinės jos būsenos, ji neatpažįstama, grąžinamas neteisingas komandos pranešimas, kitaip komanda vykdoma.

Būsenos komandos

Pakeiskite esamą sistemos būseną, o elgesys taip pat bus pritaikytas

Filamentų komandos

Naudojant atskiras komandas, galima nustatyti gijų ir ritinėlių charakteristikas, atsižvelgiant į dažniausiai rinkoje esantį svorį ir dydį

Vienetų komandos

Tai yra pora komandų, skirtų matavimo vienetų vizualizacijai nustatyti gramais arba centimetrais. Tiesą sakant, šias komandas galima pašalinti ir visada pateikti abiejų vienetų duomenis.

Informacinės komandos

Rodyti informacijos grupes, priklausomai nuo sistemos būsenos

Variklio komandos

Valdykite variklį, ar nėra kaitinamųjų siūlų tiekimo ar traukimo.

Visos variklio komandos seka pagreičio/lėtėjimo keliu. Abi komandos tiekti ir traukti vykdo trumpą seką, kaip apibrėžta motor.h pastoviu FEED_EXTRUDER_DELAY, o feedc ir pullc komandos veikia neribotą laiką, kol nebus gauta sustabdymo komanda.

Veikimo režimo komandos

Veikimo būsena priima du režimus; režimo žmogus tiesiog periodiškai skaito svorį, o variklis juda, kol variklio valdymo komanda nebus išsiųsta. Režimas auto vietoj to vykdo dvi tiekimo komandas, kai ekstruderiui reikia daugiau gijų.

Šis principas grindžiamas svorio rodmenimis, atsižvelgiant į šią konkrečią aplinką. Tikimės, kad gijų sunaudojama palyginti lėtai, 3D spausdintuvai yra beveik lėti, o normalaus svorio svyravimai priklauso nuo aplinkos vibracijos (geriau, jei nedėsite visų daiktų į 3D spausdintuvą)

Kai ekstruderis traukia kaitinamąją siūlą, svorio skirtumas labai padidėja (50 g ar daugiau) per labai trumpą laiką, paprastai tarp dviejų ar trijų rodmenų. Šią informaciją filtruoja programinė įranga, kuri „išskaičiuoja“, kad reikalingas naujas siūlas. Kad būtų išvengta klaidingų rodmenų, variklio veikimo metu svorio svyravimai visiškai nepaisomi.

Taikymo logika

Programos logika yra paskirstyta pagrindiniame.ino („Arduino“eskizas) pagal tris funkcijas: setup (), loop () ir parseCommand (commandString)

Eskizui naudojamos dvi atskiros klasės: „FilamentWeight“klasė, skirta valdyti visus kaitinamųjų siūlų skaičiavimus ir jutiklių rodmenis per „HX711 IC“ir „MotorControl“klasę, jungiančią žemo lygio „TLE94112LE Arduino“skydo metodus.

sąranka ()

Paleidžiama vieną kartą, kai įjungiamas arba iš naujo nustatant aparatinę įrangą inicijuojami klasių egzemplioriai, nustatoma aparatinė įranga ir terminalo ryšys.

kilpa ()

Pagrindinė ciklo funkcija valdo tris skirtingas sąlygas.

Nors yra dvi svorio jutiklių ir variklių klasės, kurios yra gana sudėtingos, privalumas yra tas, kad sukurtas eskizas yra tikrai lengvai suprantamas ir valdomas.

1. Patikrinkite (automatiniu režimu), ar ekstruderiui reikia daugiau gijų
2. Jei variklis veikia, patikrinkite, ar nėra aparatūros klaidų (grąžino TLE94112LE)
3. Jei yra serijinių duomenų, išanalizuokite komandą

parseCommand (commandString)

Analizavimo funkcijos tikrinimas iš eilės gaunamų eilučių ir kai komanda atpažįstama, ji nedelsiant apdorojama.

Kiekviena komanda veikia kaip būsenos mašina, turinti įtakos tam tikram sistemos parametrui; laikantis šios logikos, visos komandos sumažinamos iki trijų nuoseklių veiksmų:

1. Siųskite komandą „FilamentWeight“klasei (svorio komandos) arba „MotorControl“klasei (variklio komandos)
2. Atlieka skaičiavimus, kad atnaujintų svorio reikšmes arba atnaujintų vieną iš vidinių parametrų
3. Rodyti terminale ir informacijos išvestį, kai vykdymas baigtas

Įdiekite „HX711 Arduino“biblioteką, atsisiųskite programinę įrangą iš „GitHub“ir įkelkite ją į „Arduino“plokštę, tada mėgaukitės!