The Beer Opener and Pourer: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Για αυτό το έργο, η απαίτηση ήταν να καταλήξουμε σε μια εφεύρεση ή ένα σύστημα που έχει ήδη εφευρεθεί, αλλά το οποίο απαιτούσε κάποιες βελτιώσεις. Όπως ίσως κάποιοι γνωρίζουν, το Βέλγιο είναι πολύ δημοφιλές για την μπύρα του. Σε αυτό το έργο, η εφεύρεση που χρειάστηκε κάποιες βελτιώσεις είναι ένα συνδυασμένο σύστημα που θα μπορούσε να ξεκινήσει ανοίγοντας μια μπύρα και στη συνέχεια να ρίξει την μπύρα σε ένα κατάλληλο ποτήρι που επέλεξε ο πελάτης. Αυτή η εφεύρεση δεν είναι πολύ γνωστή καθώς θα μπορούσε να γίνει πιο εύκολα με το χέρι από ένα «υγιές» άτομο παρά από μια μηχανή, αλλά εξακολουθεί να είναι πολύ ενδιαφέρουσα για μια άλλη κατηγορία ανθρώπων. Σήμερα, δυστυχώς, μερικοί από εμάς δεν είμαστε σε θέση να το κάνουμε αυτό. Πιο ξεκάθαρα, άτομα με σοβαρό πρόβλημα βραχίονα ή μυών, ηλικιωμένοι ή άτομα με ασθένεια όπως το Πάρκινσον, το A. L. S., κ.λπ., δεν είναι σε θέση να το κάνουν. Χάρη σε αυτόν τον μηχανισμό, θα μπορούν να πίνουν μόνοι τους μια καλά σερβιρισμένη μπύρα χωρίς να χρειάζεται να περιμένουν να έρθει κάποιος και να τους βοηθήσει σε αυτές τις δύο εργασίες.

Το σύστημά μας είναι επίσης αφιερωμένο στον απλό καταναλωτή που θέλει να απολαύσει μια μπύρα μόνο με τους φίλους του και να απολαύσει τη βελγική τεχνογνωσία. Το να σερβίρετε μια μπύρα καλά δεν είναι για όλους και, πράγματι, η πρακτική μας είναι διεθνώς γνωστή και με χαρά την μοιραζόμαστε με όλο τον κόσμο.

Προμήθειες:

Κύρια εξαρτήματα:

• Arduino UNO (20,00 ευρώ)
• Μετατροπέας τάσης Step down: LM2596 (3,00 ευρώ)
• 10 τερματικά μπλοκ 2 ακίδων (συνολικά 6,50 ευρώ)
• Διακόπτης 2-pin SPST ON/Off (0,40 ευρώ)
• Πυκνωτής 47 micro Farad (0,40 ευρώ)
• Ξύλο: MDF 3 mm και 6 mm
• PLA-πλαστικό
• Νήμα τρισδιάστατης εκτύπωσης
• 40 μπουλόνια και παξιμάδια: Μ4 (0,19 ευρώ το καθένα)
• Γραμμικός ενεργοποιητής-Nema 17: 17LS19-1684E-300G (37,02 ευρώ)
• Sanyo Denki Hybrid Stepper Motor (58,02 ευρώ)
• 2 Stepper οδηγός: DRV8825 (4,95 ευρώ το καθένα)
• 2 κουμπιά (1,00 ευρώ το καθένα)
• 3 μικροδιακόπτες (2,25 ευρώ ο καθένας)
• 5 ρουλεμάν ABEC-9 (0,75 ευρώ το καθένα)

Λογισμικό και υλικό:

• Εφευρέτης από το Autodesk (αρχεία CAD)
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Κόφτης λέιζερ
• Τροφοδοσία τάσης 24 Volt

Βήμα 1: Ξύλινη κατασκευή

Ξύλινη κατασκευή

Για τη διαμόρφωση του ρομπότ, μια εξωτερική κατασκευή χρησιμοποιείται για να παρέχει ακαμψία και να κάνει το ρομπότ στιβαρό. Πρώτον, ο μηχανισμός ανοίγματος περιβάλλεται εντελώς από αυτήν τη δομή για να μπορεί να προσθέσει ένα ρουλεμάν στην κορυφή του αξεστέρου για να κάνει τον μηχανισμό σταθερό. Επιπλέον, υπάρχει ένα επίπεδο στο κάτω μέρος του πύργου για την τοποθέτηση του βηματικού κινητήρα. Στα πλάγια του πύργου, έχουν δημιουργηθεί τρύπες για να αποτρέπεται η περιστροφή του ανοίγματος, έτσι ώστε να κατεβαίνει ακριβώς στην κάψουλα για να ανοίξει το μπουκάλι. Στα πλαϊνά επίπεδα, υπάρχουν επίσης οπές για να στερεώσετε ένα στήριγμα για να μπλοκάρει το άνοιγμα να πέσει εντελώς κάτω. Δεύτερον, παρέχεται ένα επιπλέον επίπεδο πίσω από τον πύργο του μηχανισμού ανοίγματος για την τοποθέτηση του κινητήρα και τη μετάδοση του μηχανισμού έκχυσης.

Στο κάτω μέρος της υποδοχής γυαλιού, παρέχεται ένα επίπεδο για να στηρίζει το γυαλί όταν κατεβαίνει. Αυτό είναι απαραίτητο, καθώς το ποτήρι έχει σηκωθεί για να δημιουργηθεί ο ιδανικός χώρος μεταξύ της κορυφής της φιάλης και της κορυφής του ποτηριού. Σε αυτό το επίπεδο, έχει προβλεφθεί μια τρύπα για την τοποθέτηση ενός μικροδιακόπτη ως τελικού εφέ. Παρέχονται επίσης τρύπες σε ξύλινα επίπεδα για να υπάρχει καθαρή καλωδίωση των αισθητήρων και των κινητήρων. Επιπλέον, δόθηκαν κάποιες οπές στο κάτω επίπεδο της ξύλινης κατασκευής προκειμένου να ισοπεδωθεί το ύψος των φιαλών στο μηχανισμό ανοίγματος και να δοθούν ορισμένοι χώροι για τα πλευρικά ξύλινα κομμάτια του μηχανισμού έκχυσης καθώς και ένας χώρος για τα μπουλόνια στο κάτω μέρος της θήκης μπουκαλιών στο μηχανισμό έκχυσης.

Μηχανισμός παζλ

Στις εικόνες αυτού του σταδίου προστέθηκε ένα παράδειγμα της μεθόδου συναρμολόγησης. Δίνει μια εικόνα του μηχανισμού παζλ και των προβλεπόμενων οπών για τη συναρμολόγηση των επιπέδων μεταξύ τους.

Βήμα 2: Μηχανισμός ανοίγματος

Αυτό το μοντέλο αποτελείται από ένα ανοιχτήρι μπουκαλιών (το οποίο επίσης κάνει ανοιχτήρι δοχείων, για το πάνω στρογγυλεμένο τμήμα), μία τεράστια τραπεζοειδή μεταλλική ράβδο, μία θήκη ανοίγματος (ξύλινη πλάκα με 2 μικρούς μεντεσέδες από τους οποίους περνάει μια μικρή μεταλλική ράβδος), μία λαβή για το ανοιχτήρι μπουκαλιών και μία σφαιρική βίδα. Στη μεταλλική ράβδο (συνδεδεμένη με έναν κινητήρα), η θήκη ανοίγματος βρίσκεται πάνω από τη βίδα σφαιρών. Χάρη στην περιστροφή της μεταλλικής ράβδου, που δημιουργήθηκε από τον κινητήρα, η σφαιρική βίδα μπορεί να ανεβοκατεβαίνει, οδηγώντας μαζί τους την κίνηση του συγκρατητήρα ανοίγματος με το άνοιγμα προσαρτημένο σε αυτό. Η μικρή μεταλλική ράβδος σφηνωμένη μεταξύ 4 στηλών εμποδίζει την περιστροφή του συγκρατητήρα ανοίγματος. Και στα δύο άκρα του μικρού μπαρ, τοποθετούνται δύο «αποκλειστές». Με αυτόν τον τρόπο, η μικρή ράβδος δεν μπορεί να κινηθεί οριζόντια. Στην αρχή, το άνοιγμα συγκρατείται κολλημένο στο μπουκάλι. Το άνοιγμα ανεβαίνει και γλιστρά πάνω από το μπουκάλι (χάρη στο στρογγυλεμένο τμήμα του) μέχρι να κολλήσει η τρύπα του ανοίγματος από το κουτί του μπουκαλιού. Σε αυτό το σημείο, θα εφαρμοστεί μια ροπή από το άνοιγμα για να ανοίξει το μπουκάλι.

1. Μεγάλος μεντεσέ (1 τεμάχιο)
2. Ξύλινη πλάκα (1 τεμάχιο)
3. Μικρό μπλοκάρισμα μπάρας (2 τεμάχια)
4. Μικρή μεταλλική μπάρα (1 τεμάχιο)
5. Μικρή μεντεσέ (2 τεμάχια)
6. Ανοιχτήρι (1 τεμάχιο)
7. Ρουλεμάν (1 τεμάχιο)
8. Αποφράκτης ανοιχτήρι (1 τεμάχιο)
9. Κινητήρας + τραπεζοειδής μπάρα + βίδα μπάλα (1 τεμάχιο)

Βήμα 3: Μηχανισμός ισορροπίας

Σύστημα ζυγοστάθμισης

Αυτό το σύστημα αποτελείται από ένα σύστημα ζυγοστάθμισης το οποίο σε κάθε πλευρά διαθέτει σύστημα συγκράτησης μπουκαλιών και σύστημα συγκράτησης γυαλιού. Και στη μέση υπάρχει ένα σύστημα συναρμολόγησης για να το συνδέσετε στον άξονα.

1. Θήκη για μπουκάλια

Ο σχεδιασμός της θήκης μπουκαλιών αποτελείται από 5 μεγάλες πλάκες που είναι προσαρτημένες στις πλευρές του συστήματος εξισορρόπησης με διαμόρφωση παζλ, και υπάρχει επίσης μια έκτη πλάκα στο κάτω μέρος, προσαρτημένη με μπουλόνια Μ3 για να συγκρατεί την αρκούδα Jupiler, οπότε δεν δεν περνάω από μέσα. Η συναρμολόγηση στις πλάγιες πλάκες ξύλου βοηθά επίσης με μια διαμόρφωση μπουλονιού συν παξιμάδι, 4 για κάθε ξύλινη πλάκα (2 σε κάθε πλευρά).

Έχει επίσης εφαρμοστεί ένα στήριγμα λαιμού μπουκαλιού για να πιάσει το πάνω μέρος της φιάλης, αυτό το κομμάτι είναι προσαρτημένο στο σύστημα συναρμολόγησης άξονα, εξηγείται αργότερα.

Επιπλέον, υπάρχουν 10 κύλινδροι τρισδιάστατης εκτύπωσης μέσω της διάταξης, για να προσθέσουν σκληρύνσεις στη δομή. Τα μπουλόνια που περνούν από αυτούς τους κυλίνδρους είναι Μ4 και με τα αντίστοιχα παξιμάδια.

Τέλος, εφαρμόσαμε δύο αισθητήρες διακόπτη για να ανιχνεύσουμε τη φιάλη που βρίσκεται μέσα στη θήκη, για να το κάνουμε αυτό χρησιμοποιήσαμε μια τρισδιάστατη εκτυπωμένη βάση στήριξης που είναι προσαρτημένη στις ξύλινες πλάκες κάτω και πάνω από αυτήν.

2. Γυάλινο στήριγμα

Ο σχεδιασμός της βάσης από γυαλί διαμορφώνεται από 2 ξύλινες πλάκες προσαρτημένες με τον ίδιο τρόπο όπως και οι πλάκες του συγκρατητήρα μπουκαλιών. Υπάρχουν επίσης 5 κύλινδροι 3D εκτύπωσης για να προσθέσετε ακαμψία. Για να στηρίξει το κάτω μέρος του γυαλιού Jupiler, υπάρχει ημικυλινδρικό κομμάτι όπου στηρίζεται το γυαλί. Αυτό το επισυνάπτω μέσω 3 βραχιόνων που συναρμολογούνται με μπουλόνια Μ4.

Για τη στήριξη των επάνω τμημάτων των γυαλιών, εφαρμόζονται δύο κομμάτια, ένα για την κορυφή του γυαλιού, οπότε κατά την περιστροφή του συστήματος εξισορρόπησης δεν πέφτει και ένα άλλο που συγκρατεί το πλευρικό τμήμα του γυαλιού.

3. Σύστημα συναρμολόγησης άξονα

Απαιτήθηκε ένα σύστημα για τη σύνδεση του συστήματος ζυγοστάθμισης στον περιστρεφόμενο άξονα. Χρησιμοποιήσαμε μια διαμόρφωση όπου οι διαμήκεις ράβδοι (συνολικά 4) πιέζονται μεταξύ τους με μπουλόνια και παξιμάδια Μ4. Και μέσω αυτών των ράβδων υπάρχουν 10 κομμάτια τρισδιάστατης εκτύπωσης που έχουν ελαφρώς μεγαλύτερη διάμετρο του άξονα. Για να αυξηθεί η πρόσφυση, υπάρχουν δύο διαμήκεις λωρίδες από καουτσούκ μεταξύ του άξονα και των τρισδιάστατων τεμαχίων.

4. Ισορροπήστε ξύλινες πλάκες

Υπάρχουν 2 πλάγιες πλάκες ξύλου που συγκρατούν όλες τις βάσεις και είναι προσαρτημένες στον άξονα μέσω του συστήματος αξόνων που εξηγήθηκε παραπάνω.

Μετάδοση

Το σύστημα ζυγοστάθμισης εξήγησε τα ρελέ στην κίνηση του άξονα, είναι μια μεταλλική ράβδος 8mm η οποία είναι τοποθετημένη στη δομή με τη βοήθεια 3 ρουλεμάν και των αντίστοιχων συγκρατητήριων ρουλεμάν.

Για να επιτευχθεί επαρκής ροπή για την εκτέλεση της περιστροφικής κίνησης της έκχυσης, χρησιμοποιείται ένα κιβώτιο ιμάντα. Για τη μικρή μεταλλική τροχαλία, έχει χρησιμοποιηθεί τροχαλία με διάμετρο βήματος 12,8 mm. Η μεγάλη τροχαλία έχει τρισδιάστατη εκτύπωση για να φτάσει στην απαιτούμενη αναλογία. Ακριβώς όπως η μεταλλική τροχαλία, παρέχεται ένα επιπλέον μέρος στην τροχαλία για να το συνδέσετε με τον περιστρεφόμενο άξονα. Προκειμένου να εφαρμοστεί τάνυση στον ιμάντα, ένα εξωτερικό ρουλεμάν χρησιμοποιείται σε ένα κινητό εργαλείο τάνυσης για να δημιουργήσει διαφορετικές ποσότητες τάσης στο εσωτερικό του ιμάντα.

Βήμα 4: Ηλεκτρονικά και κώδικας Arduino

Για τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα, συνιστάται να εξετάσετε ξανά τη λίστα απαιτήσεων και να δείτε ποια πρέπει να είναι η κινηματική αυτού του συστήματος. Η πρώτη απαίτηση που έχουν τα συστήματά μας είναι η κάθετη κίνηση του ανοίγματος. Μια άλλη απαίτηση είναι η δύναμη που πρέπει να εφαρμοστεί στον βραχίονα για να αποκολληθεί το πώμα της φιάλης. Αυτή η δύναμη είναι περίπου 14 Ν. Για το τμήμα έκχυσης, οι υπολογισμοί λύνονται μέσω του Matlab και οδήγησαν σε μέγιστη ροπή 1,7 Nm. Η τελευταία απαίτηση που έχει σημειωθεί, είναι η φιλικότητα προς το χρήστη του συστήματος. Επομένως, η χρήση ενός κουμπιού εκκίνησης θα είναι χρήσιμη για την εκκίνηση του μηχανισμού. Σε αυτό το κεφάλαιο, θα επιλεγούν και θα εξηγηθούν τα ξεχωριστά μέρη. Στο τέλος του κεφαλαίου, θα παρουσιαστεί επίσης ολόκληρο το σχέδιο του breadboard.

Ο μηχανισμός ανοίγματος

Για να ξεκινήσετε, το σύστημα ανοίγματος απαιτείται για να ανοίξετε ένα μπουκάλι μπύρα. Όπως ήδη ειπώθηκε στην εισαγωγή αυτού του κεφαλαίου, η ροπή που απαιτείται για την αποσύνδεση του πώματος της φιάλης από τη φιάλη είναι 1, 4 Nm. Η δύναμη που θα εφαρμοστεί στον βραχίονα του ανοίγματος είναι 14 N εάν ο βραχίονας είναι περίπου 10 cm. Αυτή η δύναμη δημιουργείται από μια δύναμη τριβής που δημιουργείται με τη στροφή ενός νήματος μέσω ενός παξιμαδιού. Κρατώντας το παξιμάδι κολλημένο στην περιστροφική του κίνηση, ο μόνος τρόπος με τον οποίο μπορεί να κινηθεί το παξιμάδι είναι πάνω και κάτω. Για αυτό, απαιτείται ροπή για να βεβαιωθείτε ότι το παξιμάδι μπορεί να κινείται πάνω και κάτω και με αυτό, πρέπει επίσης να βγει μια δύναμη 14 Ν. Αυτή η ροπή μπορεί να υπολογιστεί με τον παρακάτω τύπο. Αυτός ο τύπος περιγράφει την απαιτούμενη ροπή για να μετακινήσετε ένα αντικείμενο πάνω και κάτω με μια ορισμένη ποσότητα ροπής. Η ροπή που απαιτείται είναι 1,4 Nm. Αυτή είναι η ελάχιστη απαίτηση ροπής για τον κινητήρα. Το επόμενο βήμα είναι να αναζητήσετε τι είδους κινητήρα θα ήταν ο πιο κατάλληλος σε αυτήν την κατάσταση. Το άνοιγμα γυρίζει πολλές στροφές και κοιτάζοντας τη ροπή που χρειάζεται, μια καλή ιδέα είναι να επιλέξετε έναν σερβοκινητήρα. Το πλεονέκτημα ενός σερβοκινητήρα είναι ότι έχει υψηλή ροπή και μέτρια ταχύτητα. Το πρόβλημα εδώ είναι ότι ένας σερβοκινητήρας έχει ένα ορισμένο εύρος, μικρότερο από μια πλήρη περιστροφή. Μια λύση θα ήταν ότι ο σερβοκινητήρας θα μπορούσε να «χακαριστεί», αυτό έχει ως αποτέλεσμα ότι ο σερβοκινητήρας έχει περιστροφή 360 ° και συνεχίζει να περιστρέφεται. Τώρα, όταν ο σερβοκινητήρας «χακαριστεί», είναι σχεδόν αδύνατο να αναιρέσετε αυτές τις ενέργειες και να το κάνετε ξανά φυσιολογικό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ότι ο σερβοκινητήρας δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί σε άλλα έργα αργότερα. Μια καλύτερη λύση είναι ότι η επιλογή πηγαίνει καλύτερα σε βηματικό μοτέρ. Αυτοί οι τύποι κινητήρων μπορεί να μην είναι αυτοί με τις περισσότερες ροπές, αλλά περιστρέφονται με ελεγχόμενο τρόπο σε αντίθεση με έναν κινητήρα DC. Ένα πρόβλημα που εντοπίζεται εδώ είναι ο λόγος τιμής προς ροπή. Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας ένα κιβώτιο ταχυτήτων. Με αυτή τη λύση, η ταχύτητα περιστροφής του σπειρώματος θα μειωθεί, αλλά η ροπή θα είναι μεγαλύτερη σε σχέση με τις σχέσεις μετάδοσης. Ένα άλλο πλεονέκτημα της χρήσης ενός βηματικού κινητήρα σε αυτό το έργο είναι ότι ο βηματικός κινητήρας μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί στη συνέχεια για άλλα έργα των επόμενων ετών. Το μειονέκτημα ενός βηματικού κινητήρα με κιβώτιο ταχυτήτων είναι η προκύπτουσα ταχύτητα που δεν είναι τόσο υψηλή. Έχοντας υπόψη ότι το σύστημα απαιτεί έναν γραμμικό ενεργοποιητή στον οποίο αυτό αποφεύγεται από τον μηχανισμό παξιμαδιού και σπειρώματος που θα το κάνει πιο αργό επίσης. Επομένως, η επιλογή πήγε σε ένα βηματικό μοτέρ χωρίς κιβώτιο ταχυτήτων και συνδέθηκε αμέσως με ένα σπείρωμα με ένα λείο παξιμάδι που περιλαμβάνεται.

Για αυτό το έργο, ένας καλός βηματικός κινητήρας για την εφαρμογή είναι το Nema 17 με ροπή 44 Ncm και τιμή 32 ευρώ. Αυτός ο βηματικός κινητήρας, όπως ήδη αναφέρθηκε, συνδυάζεται με ένα νήμα και ένα παξιμάδι. Για τον έλεγχο του βηματικού κινητήρα χρησιμοποιείται η χρήση οδηγού γέφυρας Η ή βηματικού κινητήρα. Μια γέφυρα Η έχει τα πλεονεκτήματα της λήψης δύο σημάτων από την κονσόλα Arduino και με τη βοήθεια εξωτερικής τροφοδοσίας DC, η γέφυρα Η μπορεί να μετατρέψει σήματα χαμηλής τάσης σε υψηλότερες τάσεις 24 Volt για να τροφοδοτήσει τον βηματικό κινητήρα. Εξαιτίας αυτού, ο βηματικός κινητήρας μπορεί εύκολα να ελεγχθεί από το Arduino μέσω προγραμματισμού. Το πρόγραμμα βρίσκεται στο Παράρτημα. Τα δύο σήματα που προέρχονται από το Arduino είναι δύο ψηφιακά σήματα, το ένα είναι υπεύθυνο για την κατεύθυνση της περιστροφής και το άλλο είναι ένα σήμα PWM που καθορίζει την ταχύτητα. Ο οδηγός που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το έργο για τον μηχανισμό έκχυσης και το μηχανισμό ανοίγματος είναι ένας οδηγός "step stick DRV8825" που μπορεί να μετατρέψει σήματα PWM από το Arduino σε τάσεις από 8,2 V σε 45 V και κοστίζει περίπου 5 ευρώ το καθένα. Μια άλλη ιδέα που πρέπει να έχετε κατά νου είναι η θέση του ανοίγματος με αναφορά στο άνοιγμα της φιάλης. Για απλοποίηση του τμήματος προγραμματισμού, η θήκη μπουκαλιών είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε και οι δύο τύποι ανοιγμάτων μπουκαλιών μπύρας να έχουν το ίδιο ύψος. Εξαιτίας αυτού, το ανοικτό και έμμεσο βηματικό μοτέρ που συνδέεται μέσω του σπειρώματος, μπορεί τώρα να προγραμματιστεί και για τις δύο φιάλες για το ίδιο ύψος. Με αυτόν τον τρόπο, ένας αισθητήρας για τον εντοπισμό του ύψους της φιάλης δεν είναι απαραίτητος εδώ.

Ο μηχανισμός έκχυσης

Όπως ήδη αναφέρθηκε στην εισαγωγή αυτού του κεφαλαίου, η απαιτούμενη ροπή για την κλίση του συστήματος εξισορρόπησης είναι 1,7 Nm. Η ροπή υπολογίζεται μέσω του Matlab δημιουργώντας έναν τύπο για την ισορροπία ροπής σε συνάρτηση με τη μεταβλητή γωνία στην οποία περιστρέφονται το γυαλί και το μπουκάλι. Αυτό γίνεται έτσι ώστε να μπορεί να υπολογιστεί η μέγιστη ροπή. Για τον κινητήρα σε αυτήν την εφαρμογή, ο καλύτερος τύπος θα ήταν σερβοκινητήρας. Ο λόγος για αυτό είναι η υψηλή σχέση ροπής προς τιμή. Όπως αναφέρθηκε στην προηγούμενη παράγραφο του μηχανισμού ανοίγματος, ένας σερβοκινητήρας έχει ένα ορισμένο εύρος στο οποίο μπορεί να περιστραφεί. Ένα μικρό πρόβλημα που μπορεί να λυθεί είναι η ταχύτητα περιστροφής του. Η ταχύτητα περιστροφής ενός σερβοκινητήρα είναι μεγαλύτερη από την αναγκαία. Η πρώτη λύση που μπορεί να βρεθεί για αυτό το πρόβλημα είναι να προσθέσετε ένα κιβώτιο στο οποίο η ροπή θα βελτιωθεί και η ταχύτητα θα μειωθεί. Ένα πρόβλημα που έρχεται με αυτήν τη λύση είναι ότι λόγω του κιβωτίου ταχυτήτων μειώνεται επίσης η εμβέλεια του σερβοκινητήρα. Αυτή η μείωση έχει ως αποτέλεσμα ότι το σύστημα εξισορρόπησης δεν θα μπορεί να περιστρέψει την περιστροφή του κατά 135 °. Αυτό θα μπορούσε να λυθεί με «χακάρισμα» και πάλι του σερβοκινητήρα, αλλά αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα το αμετάκλητο του σερβοκινητήρα, το οποίο εξηγείται ήδη στην προηγούμενη παράγραφο «Ο μηχανισμός ανοίγματος». Η άλλη λύση για την υψηλή ταχύτητα περιστροφής της έγκειται περισσότερο στη λειτουργία ενός σερβοκινητήρα. Ο σερβοκινητήρας τροφοδοτείται μέσω τάσης 9 Volt και ελέγχεται από την κονσόλα Arduino μέσω σήματος PWM. Αυτό το σήμα PWM δίνει ένα σήμα με την επιθυμητή γωνία του σερβοκινητήρα. Κάνοντας μικρά βήματα στην αλλαγή της γωνίας, η ταχύτητα περιστροφής του σερβοκινητήρα μπορεί να μειωθεί. Ωστόσο, αυτή η λύση φαίνεται πολλά υποσχόμενη, ένα stepper μοτέρ με κιβώτιο ταχυτήτων ή ιμάντα μπορεί να κάνει το ίδιο. Εδώ η ροπή που προέρχεται από το βηματικό μοτέρ πρέπει να είναι μεγαλύτερη ενώ η ταχύτητα πρέπει να μειωθεί. Για αυτό, χρησιμοποιείται η μετάδοση ιμάντα καθώς δεν υπάρχει αντίδραση για αυτόν τον τύπο μετάδοσης. Αυτό το κιβώτιο ταχυτήτων έχει το πλεονέκτημα ότι είναι ευέλικτο σε σχέση με ένα κιβώτιο ταχυτήτων, όπου και οι δύο άξονες μπορούν να τοποθετηθούν όπου θέλει κανείς, όσο ο ιμάντας έχει τάση πάνω του. Αυτή η τάση είναι απαραίτητη για το κράτημα και στις δύο τροχαλίες έτσι ώστε η μετάδοση να μην χάνει ενέργεια γλιστρώντας στις τροχαλίες. Η αναλογία της μετάδοσης έχει επιλεγεί με κάποιο περιθώριο προκειμένου να εξαλειφθούν ακούσια προβλήματα που δεν ελήφθησαν υπόψη. Στον άξονα του βηματικού κινητήρα, έχει επιλεγεί μια τροχαλία με διάμετρο βήματος 12,8 mm. Για να πραγματοποιηθεί το περιθώριο για τη ροπή έχει επιλεγεί μια τροχαλία με διάμετρο βήματος 61,35 mm. Αυτό οδηγεί σε μείωση της ταχύτητας 1/4,8 και συνεπώς αυξημένη ροπή 2,4 Nm. Αυτά τα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν χωρίς να ληφθεί υπόψη οποιαδήποτε απόδοση μετάδοσης καθώς δεν ήταν γνωστές όλες οι προδιαγραφές του ιμάντα t2.5. Για καλύτερη μετάδοση, προστίθεται εξωτερική τροχαλία για να αυξηθεί η γωνία επαφής με τη μικρότερη τροχαλία και να αυξηθεί η τάση στο εσωτερικό του ιμάντα.

Άλλα ηλεκτρονικά ανταλλακτικά

Τα άλλα μέρη που υπάρχουν σε αυτό το σχέδιο είναι τρεις μικροδιακόπτες και δύο κουμπιά εκκίνησης. Τα δύο τελευταία κουμπιά μιλούν από μόνα τους και θα χρησιμοποιηθούν για την έναρξη της διαδικασίας ανοίγματος της μπύρας, ενώ το άλλο ξεκινά τον μηχανισμό έκχυσης. Αφού ξεκινήσει το σύστημα έκχυσης, αυτό το κουμπί δεν θα είναι χρήσιμο μέχρι το τέλος. Στο τέλος της διαδικασίας, το κουμπί μπορεί να πατηθεί ξανά και αυτό θα διασφαλίσει ότι το τμήμα έκχυσης μπορεί να επαναφερθεί στην αρχική του κατάσταση. Οι τρεις μικροδιακόπτες χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες για την ανίχνευση των δύο ειδών μπουκαλιών μπύρας και στην άλλη πλευρά το γυάλινο μπουκάλι όταν το σύστημα έκχυσης φτάσει στην τελική του θέση. Εδώ τα κουμπιά που χρησιμοποιούνται κοστίζουν περίπου 1 ευρώ το καθένα και οι μικροδιακόπτες είναι 2,95 ευρώ το καθένα.

Για την τροφοδοσία, το Arduino χρειάζεται την εξωτερική παροχή τάσης. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ρυθμιστής τάσης. Πρόκειται για έναν ρυθμιστή μεταγωγής LM2596 που καθιστά δυνατή τη μετατροπή τάσης από 24 V σε 7,5 V. Αυτό το 7,5 V θα χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία του Arduino έτσι ώστε να μην χρησιμοποιείται υπολογιστής στη διαδικασία. Το φύλλο δεδομένων ελέγχθηκε επίσης για το ρεύμα που παρέχεται ή μπορεί να παρέχεται. Το μέγιστο ρεύμα είναι 3 Α.

Ο σχεδιασμός για τα ηλεκτρονικά

Σε αυτήν την ενότητα, θα ληφθεί μέριμνα για τη ρύθμιση των ηλεκτρονικών. Εδώ, στο σχήμα του breadboard, εμφανίζεται η διάταξη ή ο σχεδιασμός. Ο καλύτερος τρόπος για να ξεκινήσετε εδώ είναι να μεταβείτε από την τάση που υπάρχει στην κάτω δεξιά γωνία και να μεταβείτε στο Arduino και τα υποσυστήματα. Όπως φαίνεται στο σχήμα, το πρώτο πράγμα που βρίσκεται στη διαδρομή μεταξύ της τροφοδοσίας τάσης και της σανίδας είναι ένας χειροκίνητος διακόπτης που προστίθεται σε αυτό και οτιδήποτε μπορεί να τροφοδοτηθεί αμέσως με μια κίνηση ενός διακόπτη. Στη συνέχεια, τοποθετείται ένας πυκνωτής 47 micro Farad. Αυτός ο πυκνωτής δεν είναι υποχρεωτικός λόγω της χρήσης παροχής τάσης και του χαρακτηριστικού του για να δώσει αμέσως το απαιτούμενο ρεύμα που συμβαίνει με άλλα μοντέλα τροφοδοσίας που δεν συμβαίνει μερικές φορές. Αριστερά από τους πυκνωτές, τοποθετούνται δύο οδηγοί LM2596 (Όχι τα ίδια γραφικά αλλά η ίδια ρύθμιση) για τον έλεγχο του βηματικού κινητήρα. Το τελευταίο πράγμα που συνδέεται με το κύκλωμα 24 V είναι ο ρυθμιστής τάσης. Αυτό παρουσιάζεται σε αυτό το σχήμα από το σκούρο μπλε τετράγωνο. Οι είσοδοί του είναι η γείωση και τα 24 V, οι έξοδοι του είναι 7,5 V και η γείωση που συνδέεται με τη γείωση της εισόδου 24 V. Η έξοδος ή το 7,5 V από τον ρυθμιστή τάσης συνδέεται στη συνέχεια με το Vin από την κονσόλα Arduino. Το Arduino τροφοδοτείται στη συνέχεια και είναι σε θέση να παρέχει τάση 5 V. Αυτή η τάση 5 V αποστέλλεται στους 3 μικροδιακόπτες που αντιπροσωπεύονται από τα κουμπιά στην αριστερή πλευρά. Αυτά έχουν την ίδια ρύθμιση με τα κουμπιά, δύο από τα οποία τοποθετούνται στη μέση. Σε περίπτωση που πατηθεί το κουμπί ή ο διακόπτης σε τάση 5V αποστέλλεται στην κονσόλα Arduino. Σε περίπτωση που οι αισθητήρες ή τα κουμπιά δεν πατηθούν στη γείωση και η είσοδος Arduino συνδέεται μεταξύ τους, κάτι που θα αντιπροσωπεύει μια χαμηλή τιμή εισόδου. Τα τελευταία υποσυστήματα είναι τα δύο stepper προγράμματα οδήγησης. Αυτά συνδέονται με το κύκλωμα υψηλής τάσης των 24 V, αλλά πρέπει επίσης να συνδεθούν με τα 5 V του Arduino. Στο σχήμα του breadboard, φαίνεται επίσης ένα μπλε και πράσινο σύρμα, τα μπλε σύρματα είναι για ένα σήμα PWM που ρυθμίζει και ρυθμίζει την ταχύτητα του κινητήρα στέπας. Τα πράσινα καλώδια καθορίζουν την κατεύθυνση προς την οποία ο βηματικός κινητήρας απαιτεί περιστροφή.

Στο δεύτερο σχήμα, το σχήμα με το πρόγραμμα οδήγησης stepper, η σύνδεση των οδηγών κινητήρα Stepper εμφανίζεται. Εδώ μπορεί κανείς να δει ότι υπάρχουν τρεις συνδέσεις M0, M1 και M2 δεν είναι συνδεδεμένες. Αυτά αποφασίζουν πώς θα πρέπει να γίνει κάθε βήμα. Με τον τρόπο που έχει ρυθμιστεί αυτή τη στιγμή, και οι τρεις συνδέονται με το έδαφος με εσωτερική αντίσταση 100 κιλών Ohm. Βάζοντας χαμηλά και τις τρεις εισόδους θα δημιουργήσετε ένα πλήρες βήμα με κάθε παλμό PWM. Η ρύθμιση όλων των συνδέσεων στο High κάθε παλμός PWM θα έχει ως αποτέλεσμα 1/32 του βήματος. Σε αυτό το έργο επιλέγεται η πλήρης ρύθμιση παραμέτρων, για μελλοντικά έργα, αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο σε περίπτωση μείωσης της ταχύτητας.

Βήμα 5: Δοκιμή του συστήματος

Το τελευταίο βήμα είναι να δοκιμάσετε τους Μηχανισμούς και να δείτε αν πραγματικά λειτουργούν. Επομένως, η εξωτερική τροφοδοσία τάσης συνδέεται με το κύκλωμα υψηλής τάσης του μηχανήματος ενώ συνδέονται και οι γείωση. Όπως φαίνεται στα δύο πρώτα βίντεο, και οι δύο βηματικοί κινητήρες φαίνεται να λειτουργούν, αλλά μόλις όλα συνδεθούν μεταξύ τους στη δομή κάπου στο κύκλωμά μας, φαίνεται ότι συμβαίνει ένα βραχυκύκλωμα. Λόγω της κακής σχεδιαστικής επιλογής να υπάρχει ένας μικρός χώρος μεταξύ των αεροπλάνων, το τμήμα εντοπισμού σφαλμάτων είναι πολύ δύσκολο. Κοιτάζοντας το τρίτο βίντεο, ορισμένα ζητήματα ήταν επίσης παρόντα με την ταχύτητα του κινητήρα. Η λύση για αυτό ήταν να αυξηθεί η καθυστέρηση στο πρόγραμμα, αλλά μόλις η καθυστέρηση είναι πολύ υψηλή, ο βηματικός κινητήρας φαίνεται να δονείται.

Βήμα 6: Συμβουλές και κόλπα

Για αυτό το μέρος, θέλουμε να ολοκληρώσουμε κάποια σημεία που μάθαμε κατά την εκπόνηση αυτού του έργου. Εδώ, θα εξηγηθούν συμβουλές και κόλπα για το πώς να ξεκινήσετε την παραγωγή και πώς να λύσετε μικρά ζητήματα. Από την έναρξη με τη συναρμολόγηση έως την κατασκευή ολόκληρου του σχεδίου σε ένα PCB.

Συμβουλές και κόλπα:

Συνέλευση:

• Για τρισδιάστατη εκτύπωση, με τη λειτουργία ζωντανής ρύθμισης σε τρισδιάστατους εκτυπωτές Prusa, μπορείτε να ρυθμίσετε την απόσταση μεταξύ του ακροφυσίου και της κλίνης εκτύπωσης.
• Όπως φαίνεται στο πρότζεκτ μας, προσπαθήσαμε να επιλέξουμε μια δομή με όσο το δυνατόν περισσότερο ξύλο, καθώς είναι ταχύτερα από έναν κόφτη λέιζερ. Σε περίπτωση τυχόν σπασμένων εξαρτημάτων, μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν.
• Με την τρισδιάστατη εκτύπωση, προσπαθήστε να κάνετε το αντικείμενό σας όσο το δυνατόν μικρότερο, διατηρώντας τις μηχανικές ιδιότητες που χρειάζεται. Σε περίπτωση αποτυχίας εκτύπωσης, δεν θα χρειαστεί πολύς χρόνος για την εκτύπωση ξανά.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ:

• Πριν ξεκινήσετε το έργο σας, ξεκινήστε με την αναζήτηση όλων των φύλλων δεδομένων κάθε στοιχείου. Αυτό θα πάρει λίγο χρόνο στην αρχή, αλλά θα φροντίσει να αξίζει τον χρόνο σας μακροπρόθεσμα.
• Κατά την κατασκευή του PCB σας, βεβαιωθείτε ότι έχετε ένα σχέδιο του PCB με ολόκληρο το κύκλωμα. Ένα σχέδιο σανίδων θα μπορούσε να βοηθήσει, αλλά ο μετασχηματισμός μεταξύ των δύο μπορεί μερικές φορές να είναι λίγο πιο δύσκολος.
• Η εργασία με τα ηλεκτρονικά μπορεί μερικές φορές να ξεκινήσει εύκολα και να γίνει πολύπλοκη αρκετά γρήγορα. Επομένως, προσπαθήστε να χρησιμοποιήσετε κάποιο χρώμα στο PCB σας με κάθε χρώμα να αντιστοιχεί σε μια συγκεκριμένη έννοια. Με αυτόν τον τρόπο, σε περίπτωση προβλήματος, αυτό μπορεί να λυθεί ευκολότερα
• Εργαστείτε σε αρκετά μεγάλο PCB για να αποφύγετε τα καλώδια διασταύρωσης και να έχετε μια επισκόπηση του κυκλώματος, αυτό μπορεί να μειώσει την πιθανότητα βραχυκυκλώματος.
• Σε περίπτωση ορισμένων προβλημάτων με το κύκλωμα ή το βραχυκύκλωμα στο PCB, δοκιμάστε να διορθώσετε τα πάντα στην πιο απλή του μορφή. Με αυτόν τον τρόπο, το πρόβλημα ή τα προβλήματά σας μπορεί να επιλυθούν ευκολότερα.
• Η τελευταία μας συμβουλή είναι να δουλέψουμε σε ένα καθαρό γραφείο, η ομάδα μας είχε κοντά καλώδια σε όλο το γραφείο μας, γεγονός που δημιούργησε ένα βραχυκύκλωμα στο κύκλωμα άνω τάσης. Ένα από αυτά τα μικρά καλώδια ήταν η αιτία και έσπασε έναν από τους οδηγούς βηματισμού.

Βήμα 7: Προσιτές πηγές

Όλα τα αρχεία CAD, ο κώδικας Arduino και τα βίντεο αυτού του έργου μπορείτε να τα βρείτε στον ακόλουθο σύνδεσμο dropbox:

Επιπλέον, αξίζει να ελέγξετε τις ακόλουθες πηγές:

- OpenSCAD: Παραμετρική τροχαλία - πολλά προφίλ δοντιών από droftarts - Thingiverse

- Grabcad: Αυτή είναι μια μεγάλη κοινότητα για να μοιράζεστε cadfiles με άλλους ανθρώπους: GrabCAD: Design Community, CAD Library, 3D Printing Software

-Πώς να ελέγξετε ένα βηματικό μοτέρ χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα οδήγησης stepper: