The PrintBot: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Το PrintBot είναι ένας εκτυπωτής dot-matrix τοποθετημένος στο iRobotCreate. Το PrintBot εκτυπώνει χρησιμοποιώντας σκόνη Talcum σε οποιαδήποτε επιφάνεια εδάφους. Η χρήση του ρομπότ για τη βάση επιτρέπει στο ρομπότ να εκτυπώνει σχεδόν απεριόριστο μέγεθος. Σκεφτείτε τα παιδιά του ποδοσφαίρου ή τα γήπεδα μπάσκετ. Maybeσως οι αντίπαλοι πρέπει να ψάχνουν για ένα σμήνος από αυτά τα Σαββατοκύριακα των Ευχαριστιών το επόμενο έτος. το ρομπότ επιτρέπει επίσης την κινητικότητα του εκτυπωτή, επιτρέποντάς του να ταξιδέψει σε μια τοποθεσία για εκτύπωση και μετά να προχωρήσει σε άλλη. Περιλαμβάνεται ασύρματο, οπότε είναι επίσης δυνατό το τηλεχειριστήριο. Η τέχνη και η διαφήμιση στο πεζοδρόμιο είναι επίσης μια αγορά-στόχος για αυτήν τη συσκευή.

Βήμα 1: Δημιουργία IRobot

Το iRobot Create μοιάζει πολύ με το Roomba του iRobot, αλλά χωρίς το εσωτερικό κενό. Αυτό μας επιτρέπει να προσθέσουμε μεγαλύτερο ωφέλιμο φορτίο και μας δίνει βολικές οπές στερέωσης. Το iRobot παρέχει επίσης μια πλήρη διεπαφή προγραμματισμού στη Δημιουργία που καθιστά τον έλεγχο του ρομπότ πολύ απλό. Η διεπαφή είναι ένα απλό σύνολο εντολών και παραμέτρων που αποστέλλονται σειριακά στο ρομπότ. Διαβάστε τις προδιαγραφές Open Interface για περισσότερες πληροφορίες. Για την απλή χρήση μας απαιτήσαμε μόνο μερικές εντολές. Κατά την προετοιμασία, η εντολή 128 πρέπει να σταλεί για να πει στο ρομπότ να αρχίσει να δέχεται εξωτερικό έλεγχο. Στη συνέχεια, πρέπει να επιλεγεί μια λειτουργία. Για πλήρη έλεγχο στέλνουμε την εντολή 132 στο Δημιουργία. Σημείωση πρέπει να στείλετε όλα τα δεδομένα στη Δημιουργία ως ακέραιοι αριθμοί και όχι κανονικό κείμενο ascii. Κάθε opcode εντολών είναι ένα byte, η τιμή αυτού του byte είναι η ακέραιη τιμή 128 ή οτιδήποτε άλλο. Αν επρόκειτο να μεταδώσετε σε ascii ή ansi κείμενο, κάθε χαρακτήρας στο 128 θα ήταν ένα byte. Για έλεγχο ή έλεγχο μέσω υπολογιστή, προτείνουμε το Realterm, καθώς τα κάνει όλα πολύ απλά. Θα χρειαστεί επίσης να ορίσετε το ποσοστό Baud σε 57600 όπως αναφέρεται στην τεκμηρίωση Open Interface. Τώρα που η δημιουργία είναι αρχικοποιημένη, χρησιμοποιούμε την εντολή 137 για να οδηγήσουμε το ρομπότ προς τα εμπρός. Απόσταση αναμονής, 156 χρησιμοποιείται για να σταματήσει το ρομπότ μετά από μια καθορισμένη απόσταση. Οι εντολές δέσμης ενεργειών 152 και 153 συνδυάζουν τα πάντα και δημιουργούν ένα απλό σενάριο το οποίο μπορεί να τρέξει ξανά και ξανά. Το iRobot πωλεί αυτό που ονομάζουν Ενότητα εντολών, το οποίο είναι βασικά ένας προγραμματιζόμενος μικροελεγκτής και μερικές σειριακές θύρες που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για τον έλεγχο της δημιουργίας σας Το Αντ 'αυτού χρησιμοποιήσαμε ένα Cypress Programmable System-on-a-Chip (PSoC) σε συνδυασμό με έναν πολύ μικρό υπολογιστή x86 που ονομάζεται eBox 2300. Το ρομπότ διαθέτει μπαταρία 18V την οποία θα χρησιμοποιήσουμε για να τροφοδοτήσουμε όλα τα περιφερειακά μας.

Βήμα 2: Αποσυναρμολόγηση εκτυπωτή και έλεγχος κινητήρα

Χρησιμοποιήσαμε έναν παλιό εκτυπωτή μελάνης Epson για την οριζόντια κίνηση του εκτυπωτή και τη διάταξη στήριξης κεφαλής εκτύπωσης. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε εδώ ήταν να αποσυναρμολογήσετε προσεκτικά τον εκτυπωτή. Αυτό απαιτούσε την αφαίρεση όλων των μη βασικών εξαρτημάτων έως ότου το μόνο που έμενε ήταν το συγκρότημα τροχιάς, ο κινητήρας, το στήριγμα κεφαλής εκτύπωσης και ο ιμάντας κίνησης. Προσέξτε να μην σπάσετε αυτόν τον ιμάντα ή τον κινητήρα του. Μπορεί επίσης να είναι πιο έξυπνο να στριφογυρίζετε με ένα βολτόμετρο πριν σπάσετε όλους τους πίνακες ισχύος, αλλά ήμασταν πολύ ενθουσιασμένοι για αυτό. Σημειώστε ότι δεν χρειάζεστε καμία από τη διάταξη τροφοδοσίας σελίδας, τις πραγματικές κεφαλές ή κασέτες εκτύπωσης ή τυχόν πλακέτες κυκλώματος. Αφού αποσυναρμολογηθούν όλα, πρέπει να καταλάβουμε πώς να οδηγήσουμε αυτόν τον κινητήρα. Δεδομένου ότι διαλύσαμε τα πάντα πριν δοκιμάσουμε οτιδήποτε, έπρεπε να βρούμε την κατάλληλη τάση για να τροφοδοτήσουμε τον κινητήρα. Μπορείτε να προσπαθήσετε να βρείτε τις προδιαγραφές του κινητήρα στο διαδίκτυο εάν μπορείτε να βρείτε έναν αριθμό μοντέλου, αλλά χωρίς αυτό, συνδέστε το σε ένα τροφοδοτικό DC και αυξήστε αργά την τάση στον κινητήρα. Wereμασταν τυχεροί και βρήκαμε ότι ο κινητήρας μας θα μπορούσε να λειτουργεί με 12-42V, αλλά για να είμαστε σίγουροι ότι το δοκιμάσαμε χειροκίνητα όπως περιγράφεται. Ανακαλύψαμε γρήγορα ακόμη και στα 12V ο κινητήρας θα λειτουργεί πολύ γρήγορα. Η λύση εδώ είναι να χρησιμοποιήσετε Pulse-Width-Modulation (PWM). Βασικά αυτό ενεργοποιεί και απενεργοποιεί τον κινητήρα πολύ γρήγορα για να περιστρέψει τον κινητήρα με πιο αργή ταχύτητα. Η μπαταρία μας τροφοδοτεί 18V έτσι ώστε να διευκολύνουμε τη ζωή, θα θέσουμε τον κινητήρα εκτός λειτουργίας. Όταν χρησιμοποιείτε κινητήρες συνεχούς ρεύματος που πρέπει να αντιστραφούν σε κυκλώματα, θα αντιμετωπίσετε μεγάλο αντίστροφο ρεύμα στο κύκλωμά σας όταν αντιστρέφετε τον κινητήρα. Ουσιαστικά ο κινητήρας σας λειτουργεί ως γεννήτρια ενώ σταματά και αντιστρέφεται. Για να προστατεύσετε τον ελεγκτή σας από αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτό που ονομάζεται H-Bridge. Πρόκειται ουσιαστικά για 4-τρανζίστορ που είναι διατεταγμένα σε σχήμα Η. Χρησιμοποιήσαμε ένα προϊόν από την Acroname. Βεβαιωθείτε ότι το πρόγραμμα οδήγησης που επιλέγετε μπορεί να χειριστεί το ρεύμα που απαιτείται για τον κινητήρα σας. Ο κινητήρας μας βαθμολογήθηκε για συνεχή 1Α, οπότε ο ελεγκτής 3Α είχε άφθονο χώρο. Αυτός ο πίνακας μας επιτρέπει επίσης να ελέγχουμε την κατεύθυνση του κινητήρα απλά οδηγώντας μια είσοδο ψηλά ή χαμηλά καθώς και φρενάροντας (σταματώντας τον κινητήρα και κρατώντας τον στη θέση του) τον κινητήρα με τον ίδιο τρόπο.

Βήμα 3: Η κεφαλή εκτύπωσης

Το μεγαλύτερο μέρος της αρχικής διάταξης κεφαλής εκτύπωσης που μπορούσε να αφαιρεθεί αφαιρέθηκε. Μας έμεινε ένα πλαστικό κουτί που διευκόλυνε την τοποθέτηση της κεφαλής εκτύπωσης. Ένας μικρός κινητήρας 5V DC συνδέθηκε με ένα τρυπάνι. Το κομμάτι επιλέχθηκε να έχει όσο το δυνατόν πιο κοντά στην ίδια διάμετρο με ένα χωνί. Αυτό θα επιτρέψει στο τρυπάνι να γεμίσει ολόκληρη την έξοδο της χοάνης. Όταν το κομμάτι περιστρέφεται, η σκόνη εισέρχεται στις αυλακώσεις και περιστρέφεται προς τα κάτω προς τα έξω προς την έξοδο. Περιστρέφοντας την περιστροφή του bit one θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε ένα pixel συνεχώς μεγέθους. Θα απαιτηθεί προσεκτικός συντονισμός για να ταιριάζουν όλα σωστά. Αρχικά είχαμε προβλήματα με τη σκόνη απλώς ψεκάζοντας παντού, αλλά προσθέτοντας ένα δεύτερο χωνί και ανεβάζοντας το τρυπάνι, η μεγαλύτερη πτώση ενώ ήταν περιορισμένος στο χωνί έκανε ένα καθαρό pixel.

Δεδομένου ότι αυτός ο κινητήρας πρέπει να ελέγχεται μόνο κατά την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση, μια γέφυρα Η δεν ήταν απαραίτητη εδώ. Αντ 'αυτού χρησιμοποιήσαμε ένα απλό τρανζίστορ σε σειρά με τη σύνδεση γείωσης του κινητήρα. Η πύλη του τρανζίστορ ελέγχεται από μια ψηφιακή έξοδο από το μικροελεγκτή μας, όπως και οι ψηφιακές εισόδους της γέφυρας Η. Το μικρό PCB δίπλα στον κινητήρα DC είναι ένας ασπρόμαυρος αισθητήρας υπερύθρων. Αυτός ο πίνακας απλώς εξάγει ένα ψηφιακό σήμα υψηλού ή χαμηλού σήματος όταν ο αισθητήρας βλέπει μαύρο ή άσπρο αντίστοιχα. Σε συνδυασμό με την ασπρόμαυρη ταινία κωδικοποίησης μας επιτρέπει να γνωρίζουμε τη θέση της κεφαλής εκτύπωσης ανά πάσα στιγμή μετρώντας τις μεταβάσεις μαύρου σε λευκού.

Βήμα 4: Ο μικροελεγκτής

Το Cypress PSoC ενσωματώνει όλα τα ξεχωριστά χαρακτηριστικά του υλικού. Ένας πίνακας ανάπτυξης Cypress παρείχε μια εύκολη διεπαφή για εργασία με το PSoC και σύνδεση περιφερειακών. Το PSoC είναι ένα προγραμματιζόμενο τσιπ, ώστε να μπορούμε πραγματικά να δημιουργήσουμε φυσικό υλικό στο τσιπ όπως ένα FPGA. Το Cypress PSoC Designer έχει προκατασκευασμένες μονάδες για κοινά εξαρτήματα όπως γεννήτριες PWM, ψηφιακές εισόδους και εξόδους και σειριακές θύρες com RS-232.

Ο πίνακας ανάπτυξης διαθέτει επίσης έναν ενσωματωμένο πρωτο-πίνακα ο οποίος επέτρεψε την εύκολη τοποθέτηση των ελεγκτών κινητήρα μας. Ο κωδικός στο PSoC φέρνει τα πάντα μαζί. Περιμένει να λάβει μια σειριακή εντολή. Διαμορφώνεται ως μια μεμονωμένη γραμμή 0 και 1 που υποδεικνύει την εκτύπωση ή όχι για κάθε εικονοστοιχείο. Ο κώδικας στη συνέχεια περνάει σε κάθε εικονοστοιχείο, ξεκινώντας τον κινητήρα κίνησης. Μια διακοπή ευαίσθητη στην άκρη στην είσοδο από τον ασπρόμαυρο αισθητήρα ενεργοποιεί μια εκτίμηση του καιρού ή μη εκτύπωσης σε κάθε εικονοστοιχείο. Εάν ένα εικονοστοιχείο είναι ενεργοποιημένο, η έξοδος φρένου οδηγείται ψηλά, ξεκινά ένας χρονοδιακόπτης. Μια διακοπή στο χρονόμετρο περιμένει για.5 δευτερόλεπτα και μετά οδηγεί την έξοδο του διανομέα σε υψηλή κατάσταση, προκαλώντας την ενεργοποίηση του τρανζίστορ και την περιστροφή του τρυπανιού, ο μετρητής του χρονοδιακόπτη επαναφέρεται. Μετά από άλλο μισό δευτερόλεπτο, μια διακοπή ενεργοποιεί το μοτέρ να σταματήσει και το μοτέρ κίνησης να κινηθεί ξανά. Όταν η συνθήκη για εκτύπωση είναι ψευδής, απλά δεν συμβαίνει τίποτα έως ότου ο κωδικοποιητής διαβάσει ένα άλλο μαύρο προς άσπρο άκρο. Αυτό επιτρέπει στην κεφαλή να κινείται ομαλά έως ότου χρειαστεί να σταματήσει για εκτύπωση. Όταν φτάσει το τέλος μιας γραμμής ("\ r / n") ένα "\ n" αποστέλλεται στη σειριακή θύρα για να δείξει στον υπολογιστή ότι είναι έτοιμο για μια νέα γραμμή. Ο έλεγχος κατεύθυνσης στη γέφυρα Η αντιστρέφεται επίσης. Το Δημιουργία στέλνει το σήμα να προχωρήσει 5mm. Αυτό γίνεται μέσω μιας άλλης ψηφιακής εξόδου συνδεδεμένης με μια ψηφιακή είσοδο στη σύνδεση DSub25 του Create. Και οι δύο συσκευές χρησιμοποιούν τυπική λογική 5V TTL, επομένως μια πλήρης σειριακή διεπαφή είναι περιττή.

Βήμα 5: Ο υπολογιστής

Για τη δημιουργία μιας πλήρως ανεξάρτητης συσκευής, χρησιμοποιήθηκε ένας μικρός υπολογιστής x86 που ονομάζεται eBox 2300. Για μέγιστη ευελιξία, μια προσαρμοσμένη έκδοση των Windows CE Embedded εγκαταστάθηκε στο eBox. Μια εφαρμογή αναπτύχθηκε σε C για την ανάγνωση ενός 8-bit γκρι κλίμακας bitmap από μια μονάδα USB. Στη συνέχεια, η εφαρμογή έλαβε ξανά δείγμα της εικόνας και στη συνέχεια την έδωσε μία γραμμή τη φορά στο PSoC μέσω σειριακής θύρας com.

Η χρήση του eBox θα μπορούσε να επιτρέψει πολλές περαιτέρω εξελίξεις. Ένας διακομιστής ιστού θα μπορούσε να επιτρέψει τη μεταφόρτωση εικόνων από απόσταση μέσω ενσωματωμένου ασύρματου δικτύου. Το τηλεχειριστήριο θα μπορούσε να εφαρμοστεί, μεταξύ πολλών άλλων. Περαιτέρω επεξεργασία εικόνας, ενδεχομένως ακόμη και ένα κατάλληλο πρόγραμμα οδήγησης εκτύπωσης θα μπορούσε να δημιουργηθεί για να επιτρέψει στη συσκευή να εκτυπώνει από εφαρμογές όπως το σημειωματάριο. Ένα τελευταίο πράγμα που σχεδόν μας έλειψε ήταν η ισχύς. Το Δημιουργία τροφοδοτεί 18V. Αλλά οι περισσότερες συσκευές μας λειτουργούν με 5V. Χρησιμοποιήθηκε παροχή ρεύματος Texas Instruments DC-DC για την ενεργή μετατροπή της τάσης χωρίς σπατάλη της ενέργειας σε θερμότητα, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Weμασταν σε θέση να πραγματοποιήσουμε πάνω από μία ώρα εκτύπωσης. Μια προσαρμοσμένη πλακέτα κυκλώματος έκανε την τοποθέτηση αυτής της συσκευής και απαιτούσε εύκολη αντίσταση και πυκνωτή.

Βήμα 6: Αυτό είναι

Λοιπόν, αυτό είναι για το PrintBot που δημιουργήθηκε το φθινόπωρο 07 για την τάξη του Dr. Hamblen ECE 4180 Embedded Design στο Georgia Tech. Εδώ είναι μερικές εικόνες που εκτυπώσαμε με το ρομπότ μας. Ελπίζουμε να σας αρέσει το έργο μας και ίσως να εμπνεύσει περαιτέρω εξερεύνηση! Χάρη στο PosterBot και σε όλα τα άλλα iRobot Create Instructables για την έμπνευση και την καθοδήγησή τους.