Robotszálas adagoló Arduino számára: 8 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Miért motoros szerszám

A 3D nyomtatók szálat - általában majdnem robusztus - az extruder húzza, miközben a tekercs a nyomtató közelében van, szabadon forogni. Jelentős különbségeket figyeltem meg az anyag viselkedésében a felhasználási szinttől függően, az 1 kg -os filament tekercsekre vonatkoztatva. Egy új (teljes) szál orsó majdnem jól folyik, de az extruder által kifejtett erőnek viszonylag relevánsnak kell lennie: a súly legalább 1,5 kg.

Az extruder motor (az esetek többségében Nema17 léptető) elegendő erővel rendelkezik a feladat elvégzéséhez, de az extruder két fogaskereke az izzószálat a forró végű oldalra tolja, miközben dolgozik, összegyűjti az izzószál részecskéit az alkalmazott erők hatására; ez gyakori karbantartást igényel az extruderben, hogy elkerülje a fúvóka eltömődését. Ezek a részecskék hajlamosak leválni és keveredni a tiszta izzószállal, miközben etetik, növelve a fúvókaproblémákat és gyakoribb fúvóka kopást; ez gyakrabban fordul elő 0,3 mm átmérőjű fúvókáknál.

Ha az izzószál tekercset félig vagy többen használják, akkor a spiráljai kisebbek lesznek, és bizonyos környezeti feltételek mellett az izzószál túl gyakran törik. A hosszú nyomtatási feladatok kevésbé megbízhatóak és stresszesek; Nem hagyhatom a nyomtatót egész éjjel egyedül dolgozni anélkül, hogy irányítanám. Így az izzószál -adagolás vezérlése motorfigurákkal számos problémát megold.

A készlet a Tindie.com webhelyen érhető el

1. lépés: A készlet tartalma

A készlet tartalmazza az összes 3D nyomtatott alkatrészt és mechanikát a motoros száladagoló összeszereléséhez. Ehelyett két opcionális alkatrész van: a motor és a motorvezérlő kártya.

A beállításom során 12 V -os McLennan hajtóműves szálcsiszolt motort használtam, de bármely 37 mm átmérőjű hajtómű jól illeszkedik a motortartóba.

A legjobb teljesítményt az Infineon TLE94112LE Arduino pajzsával érik el (teljes áttekintés itt); ez az egyenáramú motorvezérlő kártya akár 6 különböző robotadagoló készletet is támogathat egyszerre.

A teljes rendszert teszteltem mind az Arduino UNO R3, mind az Infineon Arduino -kompatibilis XMC1100 Boot készletével, és a rendszer nagyon jól reagált mindkét mikrovezérlő kártyára.

A TLE94112LE pajzs használata javasolt, de nem nélkülözhetetlen. Bármely DC motorvezérlő az Arduino számára - beleértve a saját projektjét is! - jól működik ezzel az eszközzel

A készlet két komponensre van felosztva, mivel két alkatrész együtt dolgozik. Az alaplap támogatja a négy szabadon futó csapágyon forgó izzószál tekercset. Az alap a súlyérzékelőhöz van rögzítve, hogy vezérelje a forgó mechanizmust, amely aktiválja az aktiválást, valamint figyelemmel kíséri az izzószál állapotát: súly, méter és százalék. Sok információ, valamint a teljes parancskészlet elérhető az Arduino -ból egy soros terminálon keresztül.

Szükséges eszközök

Az összeszerelés befejezéséhez szükség van néhány robusztus műanyag ragasztóra egyes alkatrészekhez, egy csavarhúzóra és egy sor imbuszcsavarra.

2. lépés: A projekt és a tervezés

Ez a projekt a 3D nyomtatószálak adagoló sorozatának harmadik fejlesztése. Néhányszor megalkottam a forgó alapot, hogy optimalizáljam az izzószál áramlását, amikor a 3D nyomtató extruder húzza.

A második modell súlymérőt tartalmazott az izzószálak használatának valós idejű nyomon követésére Arduino táblával. Ez az utolsó projekt magában foglalja az izzószál automatikus kioldását a 3D nyomtatási feladat igényeitől függően. A virtuális súlyváltozáson alapul, amikor az extruder elkezdi húzni az izzószálat. Ez az esemény kiváltja a mikrovezérlőt a súlyérzékelőn keresztül, és a motorizált szálhenger néhány hüvelyknyi anyagot kezd felszabadítani, majd lelassít és leáll.

Az alkatrészeket STL formátumban exportálták és 3D -ben kinyomtatták, majd finomították és összeszerelték. Létrehoztam egy egyedi támogatást a mozgásrésznek az alaphoz való igazításához. A hosszabb alumínium sínt az Arduino és a motorpajzs támogatására is használták, hogy az egész szerszám kompakt és könnyen mozgatható legyen.

A tervezés során számos feltételezést követtem:

• Az automatizált motor szinte egyszerűvé és könnyen reprodukálhatóvá válik
• A lehető legnagyobb mértékben csökkentse a nem 3D nyomtatható komponensek számát
• A lehető legnagyobb mértékben csökkentse az extruderre gyakorolt feszültséget nyomtatás közben
• Használjon olcsó és könnyen programozható mikrovezérlő kártyát
• Használja a súlyterhelés -érzékelőt az izzószálak fogyasztásának és az izzószálak betáplálásának ellenőrzésére A környezeti zaj zavarása

Ezt az eredményt értem el.

3. lépés: Az alap összeszerelése

Az első lépés az alap összeszerelése a súlyérzékelővel.

1. Helyezze be a kis csapágytengely csövet a csapágy lyukába
2. Helyezze a két elválasztótárcsát a csapágy oldalára
3. Vigye be az alkatrészeket az "U" méretű csapágytartó belsejébe, igazítva a lyukakat
4. helyezze be az imbuszcsavart az egyik oldalra, az alátétet és az anyát a másik oldalra, és zárja le az anyát túl nagy erőfeszítés nélkül

Ismételje meg a műveletet mind a négy csapágytartón. Ezután tesztelje a szerelvényt: a csapágyaknak szabadon kell forogniuk.

Most az imbuszcsavarokkal rögzítse a felső csapágyon lévő négy csapágytartót a négy szabályozólyukkal. Igazítsa a csapágytartókat párhuzamosan. Állítsa be a távolságot az izzószál tekercsek szélességétől függően.

A következő lépés a súlyérzékelő rúd összeszerelése, amely együtt tartja az alsó és felső alapot. A súlyérzékelő két különböző imbuszcsavarral rendelkezik mindkét oldalon, és úgy kell beállítani, hogy a maximális súlycímke olvasható legyen, ha az alap megfelelően van elhelyezve. Az alsó talp két extra oldalsó lyukkal rendelkezik a súlyérzékelő A/D erősítő rögzítéséhez. A HX711 IC -n alapuló erősítő tápellátást kap, és a négy vezetéken keresztül csatlakozik az Arduino kártyához, amint azt a mellékelt érzékelő adatlapja is mutatja.

Az utolsó lépés a teljes felső alap összeszerelése az alsó részhez már rögzített súlyérzékelőre.

Elkészült az első komponens!

4. lépés: Az orsómozgás motor alkatrészeinek összeszerelése

Az orsómozgató motor összeszerelésének egyszerűbb módja a négy legfontosabb alkatrész külön összeszerelése, majd a végső épület befejezése:

A fogaskerekű egyenáramú motor a motor sebességváltó dobozában

Az egyenáramú motort a szerkezettartó középső részébe kell felszerelni; a motor csavarozása előtt el kell döntenie, hogy melyik lesz az előnyben részesített oldala, ahová a fogaskerekek oldalát helyezze, hogy megfelelően illeszkedjen a motort tartó két karhoz és a hajtott nagy fogaskerékhez.

A hajtott nagy sebességfokozat

A nagy fogaskereket a csavart kúpos tömbhöz kell csavarni a négy imbuszcsavarral. Ezt a fogaskereket a forgó tengelyen anyák blokkolják; a kúpos rész fogja az izzószálat, amelyet egy másik csonka kúpos tömb belsejében lévő hasonló záróanyákkal a másik oldalra rögzít. Ez a megoldás nem csak a mozgó mechanizmust tartja a helyén, hanem az egész súlyt az alaphoz irányítja, és ez a rendszer saját tömege.

Az orsózár tartó

Ez a csonka kúpos blokk, amely a hajtóművel együtt hasonló reteszelő oldallal fogja a mozgásmechanizmust az izzószálhoz. Tapintatosság kedvéért az izzószál tekercs teszi teljessé az épületet, miközben a két kar tartó mozgása szabadon mozoghat a másik oldalon.

Amint az a képeken is látható, az orsózár tartó két részből áll. Először helyezze be az M4 anyát a blokk nagyobbik részébe, majd ragasztja a második részt (a fedelet) a blokkokat összetartva. Az anya zárva marad a zártartó belsejében, amelyet a menetes hajtott tengelyhez kell csavarozni.

A csapágy doboz

A csapágydoboznak két funkciója van: jó támogatást nyújt a sebességváltó fogaskerekekhez, és egyenletes és csendes mozgást biztosít. A csapágydoboz összeszereléséhez kövesse az alábbi egyszerű lépéseket:

1. Csavarja az első M4 anyát a menetes orsótartó meghajtott tengelyének egyik végéhez
2. Helyezze be az első csapágyat
3. Helyezze be az elválasztót
4. Helyezze be a második csapágyat
5. Csavarja le a második anyát, és mérsékelten rögzítse. A belső műanyag szeparátor ellenáll a kellő erőnek ahhoz, hogy a dolgokat hosszú ideig is a helyén tartsa.
6. Helyezze be az összeszerelt csapágyakat a csapágydobozba. Erőszakkal kell megtenni, hogy jobb eredményeket érjünk el, nehogy túlságosan tágítsuk ki a doboz belsejét a műanyag alkatrészek finomításakor.

Készen állunk az alkatrészek végső összeszerelésére!

5. lépés: A Motion Engine összeszerelésének befejezése

Mindjárt befejezzük a szerkezet szerelését, majd áttérhetünk a mozgás tesztelésére. Most ismét néhány ragasztóra van szüksége. Az előző lépésben összeszerelt csapágydobozt be kell illeszteni a kétkaros motortartó doboztartó lyukába, és esetleg elő kell ragasztani a doboz fedelének csavarozásához.

Figyelmeztetés: ne ragassza fel a doboz fedelét, csak csavarja fel. A burkolat fontos a porvédelem szempontjából, és a későbbi karbantartási műveletek során le kell venni.

Ha ez a beállítás befejeződött, mielőtt a meghajtott fogaskereket (a nagyobbat) hozzáadja, akkor tegye hozzá a kis elválasztó gyűrűt: ez tartja a nagy fogaskereket egy vonalban a motor fogaskerékével, amely alátétként működik, hogy rögzítse a hajtott mozgó szerelvényt.

Ezután helyezze be a hajtóművet (a kicsi) a motortengelybe. Ne feledje, hogy a motorban és a fogaskerék központi furatában is van egy lapos oldal, hogy a hajtómű forogjon az egyenáramú motor által.

Utolsó lépésként helyezze be a nagy hajtott fogaskereket a képeken látható módon, és rögzítse a menetes tengelyhez két M4 anyával.

Kész a szerelőépület!

6. lépés: Bónusz: Hogyan személyre szabtam a támogatást a készlet kezeléséhez

Annak érdekében, hogy a készletet a helyén tartsam, készítettem egy nagyon egyszerű szerkezetet két alumínium négyzet alakú cső alapján, amely támogatja az alapot és a mozgásszerkezetet. Az alapot négy csavarral rögzítették a két sínekhez (kb. 25 cm hosszúak), és néhány kis 3D nyomtatott tartóval rögzítettem a mozgásmotort, hogy szabadon mozoghassanak, hogy megkönnyítsék az izzószál tekercs behelyezését és eltávolítását.

Bárki választhatja a saját megoldását, attól függően, hogy a munkapadja hogyan van elrendezve.

7. lépés: Kábelezés és csatlakozás Arduino -hoz

Amint azt a Kit tartalmi lépésében kifejtettem, Infineon TLE94112LE DC motorvédőt használtam az Arduino számára, és teszteltem a motort mind az Arduino UNO R3, mind az Infineon XMC110 Boot Kit -en.

Ha a motort az Ön által választott egyenáramú vezérlőpanellel fogja irányítani (PWM funkciókra van szüksége), akkor csak igazítsa az utasításokat a pajzs műszaki specifikációihoz.

Megjegyzés a TLE04112LE Arduino pajzsról

Az egyik korlátozás, amelyet más Arduino motorvezérlő pajzsoknál tapasztaltam, hogy ugyanazon mikrovezérlő tulajdonságait használják (azaz PWM és GPIO csapok); ez azt jelenti, hogy a tábla elkötelezett ezekre a feladatokra, miközben csak kevés más erőforrás (MPU és GPIO) áll rendelkezésre más célokra.

Mivel lehetőség van arra, hogy a TLE94122LE Arduino pajzsot a közúti tesztelésre tegye, a tábla alapú IC legnyilvánvalóbb előnye csak a teljessége. Az Arduino kártya az SPI protokollon keresztül csak két érintkező segítségével kommunikál a pajzzsal. A pajzsra küldött összes parancsot a TLE94112LE IC önállóan dolgozza fel, anélkül, hogy MPU -erőforrásokat fogyasztana. Az Infineon kártya másik figyelemre méltó tulajdonsága, hogy akár hat szálcsiszolt motort is vezérelhet három programozható PWM csatornával. Ez azt jelenti, hogy az Arduino beállíthat egy vagy több motort, beindíthatja őket, és folytathatja a további feladatok elvégzését. Ez a pajzs tökéletesnek bizonyult, hogy egyszerre akár hat különböző izzószál tekercset is támogasson. A mozgás csak az egyik feladata az MPU -nak. Figyelembe véve annak lehetőségét, hogy hat különböző szál orsót kezelhet egyetlen Arduino + pajzzsal, a mikrovezérlő költséghatásai minden egyes szálvezérlőn 5 euró alatt.

A súlyérzékelő

Néhány kísérlet elvégzése után láttam, hogy a teljes rendszert - megfigyelést és automatikus adagolást - egyetlen érzékelővel lehet vezérelni; egy terhelésmérő cella (súlyérzékelő) képes dinamikusan mérni az izzószál orsó súlyváltozásait, megadva minden szükséges információt.

Egy olcsó, 0-5 kg tartományú mérőcellát használtam egy kis táblával, a HX711 AD erősítőn alapuló, a terhelésmérő érzékelők kezelésére szolgáló IC-vel. Nem voltak interfész problémák, mivel rendelkezésre áll egy jól működő Arduino könyvtár.

Három lépés a hardver beállításához

1. Helyezze be a pajzsot az Arduino kártya vagy az Infineon XMC110 rendszerindító készlet tetejére
2. Csatlakoztassa a motor vezetékét az árnyékolás Out1 és Out2 csavaros csatlakozóihoz
3. Csatlakoztassa a HX711 AD súlyérzékelő erősítő áramellátását és jeleit az Arduino csapokhoz. Ebben az esetben a 2 -es és a 3 -as csapokat használtam, de minden szabad csap megfelelő.

Figyelmeztetés: A 8. és 10. p. A TLE94113LE pajzs által van fenntartva az SPI -kapcsolathoz

Ez minden! Készen áll a szoftver beállítására? Menj tovább.

8. lépés: A szoftver és a vezérlőparancs

A teljes dokumentált szoftver letölthető a GitHub 3DPrinterFilamentDispenserAndMonitor adattárából

itt csak a legértelmesebb részeket és a vezérlőparancsokat vesszük figyelembe.

Ennek oka az Arduino UNO I rendelkezésre álló csapjainak száma miatt döntöttem úgy, hogy a rendszert az USB soros terminálon keresztül irányítom; Mivel minden motoros egység súlyérzékelőre épül, hat különböző száladagoló vezérléséhez hat súlyérzékelő adataiból kell kiolvasni. Minden mérőcella "fogyaszt" két csapot, a 0 és 1 tű a soros, a 8 és 10 csap a TLE94112LE pajzsot összekötő SPI csatorna számára van fenntartva.

Rendszer állapot

A vezérlőszoftver négy különböző állapoton keresztül működik, amelyeket a filament.h tartalmaz:

#define SYS_READY "Kész" // A rendszer kész

#define SYS_RUN "Running" // Használt szál 3

Állapot: Elindult

Ez az állapot a hardver visszaállítása vagy a rendszer bekapcsolása után következik be. A bekapcsolási (és beállítási () hívás a vázlat indításakor) inicializálja a belső alapértelmezett értékeket, és extra súly nélkül kell elindítani a platformon, mivel az inicializálási folyamat részeként az abszolút tára megszerzése a fizikai nulla súly eléréséhez.

Állapot: Kész

A kész állapot a soft reset (soros terminálról küldve) után következik be. Hasonló a fizikai reszekcióhoz, de nincs kiszámítva a tára; a reset parancs akkor is elindítható, ha a rendszer fut.

Állapot: Terhelés

A betöltési állapot akkor következik be, amikor a betöltési parancsot a terminál küldi. Ez azt jelenti, hogy az izzószál tekercset betöltötték, és a dinamikus tára kiszámításra került. A pontos izzószál tömegét úgy kapjuk meg, hogy a tekercs beállítása kivonja a motoregység és az üres tekercs súlyát.

Állapot: fut

Ez az állapot lehetővé teszi az automatikus súlyszámítást és az automatikus száladagolót.

Terminálüzenetek

A szoftver jelenlegi verziója a parancsoktól függően ember által olvasható üzeneteket küld vissza a terminálnak. A karakterlánc -üzeneteket két fejlécfájl határozza meg: commands.h (parancsokkal kapcsolatos üzenetek és válaszok) és filament.h (karakterláncok, amelyeket az elemző használ összetett üzenetek létrehozásához).

Parancsok

A parancskezelésben két különböző fájl vesz részt: commands.h, beleértve az összes parancsot és a kapcsolódó paramétereket, valamint a filament.h, beleértve a súlyozó rendszer és az elemző által használt konstansokat és definíciókat.

Míg a belső számításokat a szoftver automatikusan elvégzi, parancsokat hajtottam végre a rendszer viselkedésének beállításához és néhány paraméter manuális vezérléséhez.

A parancs kulcsszavai megkülönböztetik a kis- és nagybetűket, és csak a terminálról kell elküldeni őket. Ha egy parancs nem felel meg a jelenlegi állapotának, akkor nem ismeri fel a rossz parancsüzenetet, különben a parancs végrehajtásra kerül.

Állapot parancsok

Módosítsa a rendszer aktuális állapotát, és a viselkedés is alkalmazkodik

Filament parancsok

Külön parancsok segítségével beállítható az izzószál és a tekercs jellemzői a piacon jelenleg elérhető leggyakoribb súly és méret alapján

Units parancsok

Ez néhány parancs a mértékegységek megjelenítésének grammban vagy centiméterben történő beállításához. Valójában lehetőség van ezeknek a parancsoknak a kiküszöbölésére, és mindig mindkét egység adataira.

Információs parancsok

Információcsoportok megjelenítése a rendszer állapotától függően

Motoros parancsok

Vezérelje a motort izzószál betáplálására vagy húzására.

Minden motorparancs gyorsítási/lassítási útvonalon halad. A két feed feed és pull parancs a motor.h -ban meghatározott rövid sorozatot hajtja végre a FEED_EXTRUDER_DELAY konstans segítségével, míg a feedc és pullc parancsok határozatlan ideig futnak, amíg a stop parancs nem érkezik meg.

Futási mód parancsok

A futási állapot két módot fogad el; módú ember csak rendszeresen leolvassa a súlyt, és a motor addig mozog, amíg egy motorvezérlő parancsot el nem küld. Az automatikus mód ehelyett két adagolási parancsot hajt végre, amikor az extrudernek több szálra van szüksége.

Az elv az adott környezethez viszonyított súlyértékeken alapul. Arra számítunk, hogy az izzószálak fogyasztása viszonylag lassú, a 3D nyomtatók szinte lassúak, és a normál súlyú oszcillációk a környezeti rezgéstől függenek (jobb, ha nem teszi fel a teljes anyagot a 3D nyomtatóra)

Amikor az extruder az izzószálat húzza, a súlykülönbség drámaian megnő (50 g vagy több) nagyon rövid idő alatt, jellemzően két vagy három leolvasás között. Ezeket az információkat a szoftver szűri, amelyek "levonják", hogy új szálra van szükség. A hibás leolvasások elkerülése érdekében a súlyváltozásokat a motor működése közben egyáltalán figyelmen kívül hagyják.

Alkalmazási logika

Az alkalmazás logikája az.ino main (Arduino vázlat) három funkciója között oszlik meg: setup (), loop () és parseCommand (commandString)

A vázlat két külön osztályt használ: a FilamentWeight osztályt, amely az összes szálszámítást és az érzékelő leolvasását a HX711 IC és a MotorControl osztályon keresztül kezeli, és illeszkedik a TLE94112LE Arduino pajzs alacsony szintű módszereihez.

beállít()

Egyszer indul, amikor bekapcsoláskor vagy a hardver visszaállítása után inicializálja az osztályok példányait, beállítja a hardvert és a terminálkommunikációt.

hurok()

A fő ciklusfunkció három különböző feltételt kezel.

Bár a súlyérzékelők és a motorok két osztálya viszonylag összetett, megvan az az előnye, hogy a kapott vázlat valóban könnyen érthető és kezelhető.

1. Ellenőrizze (automatikus módban), hogy az extrudernek több szálra van -e szüksége
2. Ha a motor jár, ellenőrizze a hardverhibákat (a TLE94112LE küldte vissza)
3. Ha rendelkezésre állnak soros adatok, elemezze a parancsot

parseCommand (commandString)

Az elemzési függvény ellenőrzi a sorozatból érkező karakterláncokat, és amikor egy parancsot felismer, azonnal feldolgozza.

Minden parancs állapotgépként hat a rendszer bizonyos paramétereire; ezt a logikát követve az összes parancs három szekvenciális műveletre redukálódik:

1. Parancs küldése a FilamentWeight osztálynak (súlyparancsok) vagy a MotorControl osztálynak (motorparancsok)
2. Számítást hajt végre a súlyértékek frissítésére vagy az egyik belső paraméter frissítésére
3. A végrehajtás befejezése után jelenítse meg a terminálon és az információ kimenetén

Telepítse a HX711 Arduino könyvtárat, töltse le a szoftvert a GitHub -ról, és töltse fel az Arduino táblájára, majd élvezze!