Dispenser Filamen Robot untuk Arduino: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Mengapa alat bermotor?

Filamen printer 3D - biasanya hampir kuat - ditarik oleh ekstruder saat gulungan ditempatkan di dekat printer, bebas berputar. Saya telah mengamati perbedaan yang berarti dalam perilaku material tergantung pada tingkat penggunaan, mengacu pada gulungan filamen 1Kg. Gulungan filamen baru (penuh) mengalir hampir dengan baik tetapi gaya yang diterapkan oleh ekstruder harus relatif relevan: beratnya setidaknya 1,5 Kg.

Motor ekstruder (sebagian besar kasus adalah stepper Nema17) memiliki daya yang cukup untuk melakukan pekerjaan itu tetapi dua roda gigi ekstruder mendorong filamen ke sisi ujung panas saat bekerja mengumpulkan partikel filamen karena gaya yang diterapkan; ini membutuhkan perawatan ekstruder yang sering untuk menghindari penyumbatan nosel. Partikel-partikel ini cenderung terlepas dan bercampur dengan filamen bersih saat diumpankan, meningkatkan masalah nozzle dan lebih seringnya keausan nozzle; ini lebih sering terjadi dengan nozel berdiameter 0,3 mm.

Ketika gulungan filamen setengah digunakan atau lebih, spiralnya menjadi lebih kecil dan dalam beberapa kondisi lingkungan, filamen cenderung terlalu sering putus. Pekerjaan cetak yang panjang menjadi kurang dapat diandalkan dan membuat stres; Saya tidak bisa membiarkan printer bekerja sendiri sepanjang malam tanpa mengendalikannya. Jadi mengendalikan umpan filamen dengan figur motor memecahkan serangkaian masalah.

Kit ini tersedia di Tindie.com

Langkah 1: Isi Kit

Kit ini mencakup semua komponen dan mekanik cetak 3D untuk merakit dispenser filamen bermotor. Sebaliknya ada dua bagian opsional: motor dan papan pengontrol motor.

Dalam pengaturan saya, saya telah menggunakan motor sikat gigi 12 V McLennan tetapi motor berdiameter 37 mm apa pun dapat dipasang dengan benar di dalam penyangga motor.

Performa terbaik dicapai dengan perisai Arduino TLE94112LE oleh Infineon (ulasan lengkap di sini); papan pengontrol motor DC ini dapat mendukung hingga 6 kit dispenser robotik yang berbeda secara bersamaan.

Saya telah menguji seluruh sistem pada Arduino UNO R3 dan board XMC1100 Boot kit yang kompatibel dengan Arduino oleh Infineon dan sistemnya sangat responsif dengan kedua papan pengontrol mikro.

Penggunaan pelindung TLE94112LE disarankan tetapi tidak penting. Setiap pengontrol motor DC untuk Arduino - termasuk proyek Anda sendiri! - dapat bekerja dengan baik dengan alat ini

Kit ini dibagi menjadi dua set komponen karena dua bagian dibuat untuk bekerja bersama. Platform dasar, akan mendukung gulungan filamen yang berputar pada empat bantalan roda bebas. Basis dipasang pada sensor berat untuk mengontrol mekanisme putaran yang memicu aktivasinya serta memantau kondisi filamen: berat, meter, dan persentase. Banyak informasi serta kumpulan perintah lengkap dapat diakses dari Arduino melalui terminal serial.

Alat yang Anda butuhkan

Untuk menyelesaikan perakitan, Anda memerlukan lem plastik yang kuat untuk beberapa bagian, obeng, dan satu set sekrup Allen.

Langkah 2: Proyek dan Desain

Proyek ini merupakan evolusi ketiga dari seri dispenser filamen printer 3D Beberapa waktu lalu saya membuat dasar berputar untuk mengoptimalkan aliran filamen saat ditarik oleh extruder printer 3D.

Model kedua termasuk sensor berat untuk memantau penggunaan filamen secara real time dengan papan Arduino. Proyek terakhir ini mencakup pelepasan filamen secara otomatis tergantung pada kebutuhan pekerjaan printer 3D. Ini didasarkan pada variasi berat virtual ketika ekstruder mulai menarik filamen. Peristiwa ini memicu pengontrol mikro melalui sensor berat dan gulungan filamen bermotor mulai melepaskan beberapa inci material kemudian melambat dan berhenti.

Komponen telah diekspor dalam format STL dan dicetak 3D, kemudian disempurnakan dan dirakit bersama. Saya telah membuat dukungan khusus untuk menyelaraskan bagian gerak ke pangkalan. Rel Aluminium yang lebih panjang juga digunakan untuk menopang Arduino dan pelindung motor untuk membuat seluruh alat kompak dan mudah dipindahkan.

Membuat desain saya mengikuti serangkaian asumsi:

• Membuat mesin otomatis hampir sederhana dan mudah direproduksi
• Kurangi sebanyak mungkin jumlah komponen yang tidak dapat dicetak 3D untuk membuatnya
• Kurangi sebanyak mungkin tekanan yang diterapkan pada ekstruder saat mencetak
• Gunakan biaya rendah dan mudah untuk memprogram papan pengontrol mikro
• Gunakan sensor beban berat untuk tetap mengontrol konsumsi filamen dan pengumpanan filamen Kelola kebisingan lingkungan yang mengganggu pengukuran berat filamen

Inilah hasil yang saya capai.

Langkah 3: Merakit Basis

Langkah pertama adalah merakit dasar dengan sensor berat.

1. Masukkan tabung sumbu bantalan kecil di lubang bantalan
2. Letakkan dua cakram pemisah ke sisi bantalan
3. Perkenalkan komponen di dalam penyangga bantalan berukuran "U" yang menyelaraskan lubang
4. masukkan sekrup Allen ke satu sisi dan mesin cuci dan mur ke sisi lain menutup mur tanpa terlalu banyak usaha

Anda harus mengulangi operasi pada keempat penyangga bantalan. Kemudian uji rakitan: bantalan harus berputar bebas.

Sekarang perbaiki dengan sekrup Allen empat penyangga bantalan di dasar atas dengan empat lubang pengaturan. Sejajarkan penyangga bantalan agar tetap sejajar. Atur jarak tergantung pada lebar gulungan filamen Anda.

Langkah selanjutnya adalah merakit batang sensor berat yang menahan dasar bawah dan atas bersama-sama. Sensor berat memiliki dua sekrup Allen yang berbeda di kedua sisi dan Anda harus mengarahkannya sehingga label berat maksimum dapat dibaca saat alas diposisikan dengan benar. Basis bawah memiliki dua lubang samping tambahan untuk memasang penguat A/D sensor berat. Amplifier berbasis IC HX711 akan ditenagai dan dihubungkan ke papan Arduino melalui empat kabel seperti yang ditunjukkan pada lembar data sensor terlampir.

Langkah terakhir adalah merakit alas atas yang lengkap di atas sensor berat yang sudah terpasang di bagian bawah.

Komponen pertama telah disiapkan!

Langkah 4: Merakit Bagian-bagian Mesin Spool Motion

Prosedur yang lebih mudah untuk merakit mesin gerak spool adalah merakit secara terpisah empat komponen terpenting kemudian menyelesaikan bangunan akhir:

Motor DC yang diarahkan di dalam kotak transmisi motor

Motor DC harus dipasang di bagian tengah penyangga struktur; sebelum memasang motor, Anda harus memutuskan sisi mana yang akan Anda pilih di mana harus meletakkan sisi roda gigi untuk menyelaraskan dengan benar kedua lengan yang menahan motor dan roda gigi besar yang digerakkan.

Roda gigi besar yang digerakkan

Roda gigi besar harus disekrup dengan blok kerucut terpotong dengan empat sekrup Allen. Roda gigi ini akan diblokir pada sumbu putar oleh mur; bagian kerucut akan menahan gulungan filamen yang dikunci ke sisi lain dengan mur pengunci serupa di dalam blok kerucut terpotong lainnya. Solusi ini tidak hanya menahan mekanisme pergerakan di tempatnya, tetapi juga mengarahkan semua beban ke alas dan itu adalah berat tara sistem.

Pemegang kunci spool

Ini adalah blok kerucut terpotong yang bersama-sama dengan sisi penguncian roda gigi yang digerakkan akan menahan mekanisme gerak ke kumparan filamen. Sebagai hal yang bijaksana, gulungan filamen yang melengkapi bangunan sementara gerakan dua lengan yang menopang bebas untuk bergerak di sisi lain.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, pemegang kunci spool dibuat dalam dua bagian. Pertama-tama masukkan mur M4 di bagian balok yang lebih besar lalu rekatkan bagian kedua (penutup) agar balok tetap menyatu. Mur tetap terkurung di dalam dudukan kunci yang akan disekrup ke poros penggerak berulir.

Kotak bantalan

Kotak bantalan memiliki dua fungsi: memberikan dukungan yang baik ke roda gigi transmisi dan gerakan halus dan senyap. Untuk merakit kotak bantalan ikuti langkah-langkah mudah ini:

1. Pasang mur M4 pertama ke salah satu dari dua ujung sumbu yang digerakkan oleh pemegang spool berulir
2. Masukkan bantalan pertama
3. Masukkan pemisah
4. Masukkan bantalan kedua
5. Pasang mur kedua dan kunci secukupnya. Pemisah plastik internal akan menentang kekuatan yang cukup untuk menjaga barang-barang tetap di tempatnya juga untuk penggunaan waktu yang lama.
6. Masukkan bantalan rakitan ke dalam kotak bantalan. Ini harus dilakukan secara paksa untuk memberikan hasil yang lebih baik jadi jangan terlalu melebarkan bagian dalam kotak saat memperbaiki bagian plastik.

Kami siap untuk perakitan komponen akhir!

Langkah 5: Menyelesaikan Perakitan Mesin Gerak

Kami akan menyelesaikan perakitan struktur kemudian kami dapat bergerak untuk menguji gerakan. Sekarang Anda perlu lagi beberapa lem. Kotak bantalan - dirakit pada langkah sebelumnya - harus dimasukkan ke dalam lubang dudukan kotak pada penyangga mesin dua lengan dan mungkin direkatkan sebelumnya untuk mengencangkan penutup kotak.

Peringatan: jangan merekatkan penutup kotak, cukup kencangkan saja. Penutup penting untuk perlindungan debu dan harus dilepas untuk operasi pemeliharaan di masa mendatang.

Ketika penyetelan ini selesai sebelum menambahkan roda gigi yang digerakkan (yang lebih besar) tambahkan cincin pemisah kecil: cincin ini menjaga roda gigi besar tetap sejajar dengan roda gigi motor yang bertindak sebagai pencuci untuk memperbaiki rakitan penggerak yang digerakkan.

Kemudian masukkan roda gigi penggerak (yang kecil) pada poros motor. Perhatikan bahwa ada sisi datar di motor juga di lubang pusat roda gigi untuk menjaga roda gigi tetap berputar digerakkan oleh motor DC.

Langkah terakhir, masukkan gigi penggerak besar seperti yang ditunjukkan pada gambar dan kunci ke sumbu berulir dengan dua mur M4.

Bangunan mekanik selesai!

Langkah 6: Bonus: Bagaimana Saya Menyesuaikan Dukungan untuk Mengelola Kit

Untuk menjaga agar kit tetap di tempatnya, saya membuat struktur yang sangat sederhana berdasarkan dua tabung aluminium persegi untuk menopang alas dan struktur gerak. Dasar telah diperbaiki dengan empat sekrup ke dua rel (panjang sekitar 25 cm) dan dengan beberapa dukungan cetak 3D kecil saya telah memperbaiki mesin gerak bebas untuk dipindahkan untuk memudahkan penyisipan dan pelepasan gulungan filamen.

Siapapun dapat memilih solusi sendiri tergantung pada bagaimana meja kerjanya diatur.

Langkah 7: Pengkabelan dan Menghubungkan ke Arduino

Seperti yang dijelaskan pada langkah konten Kit, saya telah menggunakan pelindung motor DC Infineon TLE94112LE untuk Arduino dan menguji mesin pada Kit Boot Arduino UNO R3 dan Infineon XMC110.

Jika Anda akan mengontrol motor (membutuhkan fitur PWM) dengan papan pengontrol DC pilihan Anda, cukup sesuaikan instruksi dengan spesifikasi teknis pelindung Anda.

Catatan tentang TLE04112LE Arduino Shield

Salah satu batasan yang saya alami dengan pelindung kontrol motor lain untuk Arduino adalah mereka menggunakan fitur pengontrol mikro yang sama (yaitu pin PWM dan GPIO); ini berarti bahwa papan Anda menjadi didedikasikan untuk tugas-tugas ini sementara hanya beberapa sumber daya lain (MPU dan GPIO) yang tersedia untuk penggunaan lain.

Memiliki kemungkinan untuk meletakkan tangan pada perisai Arduino TLE94122LE untuk pengujian jalan, keuntungan paling jelas dari IC yang menjadi dasar papan hanyalah kelengkapannya. Papan Arduino berkomunikasi dengan perisai melalui protokol SPI hanya menggunakan dua pin. Setiap perintah yang Anda kirim ke perisai diproses secara mandiri oleh IC TLE94112LE tanpa menggunakan sumber daya MPU. Fitur luar biasa lainnya dari board Infineon adalah kemungkinan untuk mengontrol hingga enam motor brush dengan tiga saluran PWM yang dapat diprogram. Ini berarti Arduino dapat mengatur satu atau lebih motor, menyalakannya dan melanjutkan mengerjakan tugas lainnya. Perisai ini terungkap sempurna untuk mendukung hingga enam gulungan filamen yang berbeda pada saat yang sama. Gerakan hanyalah salah satu tugas yang bertanggung jawab untuk MPU. Mempertimbangkan kemungkinan untuk mengelola enam gulungan filamen yang berbeda dengan satu Arduino + perisai, dampak biaya pengontrol mikro pada setiap pengontrol filamen tunggal dengan harga kurang dari 5 Euro.

Sensor berat

Setelah melakukan beberapa eksperimen, saya melihat kemungkinan untuk mengontrol seluruh sistem - pemantauan dan pemberian makan otomatis - dengan satu sensor; sel beban (sensor berat) mampu mengukur variasi berat spool filamen secara dinamis dengan menyediakan semua informasi yang kita butuhkan.

Saya menggunakan sel beban murah di kisaran 0-5 Kg bersama dengan papan kecil berdasarkan HX711 AD Amplifier, IC khusus untuk mengelola sensor sel beban. Tidak ada masalah antarmuka karena tersedia perpustakaan Arduino yang berfungsi dengan baik.

Tiga langkah untuk mengatur perangkat keras

1. Masukkan pelindung di atas papan Arduino atau Kit Boot Infineon XMC110
2. Hubungkan kabel motor ke konektor sekrup Out1 dan Out2 dari pelindung
3. Hubungkan daya dan sinyal dari penguat sensor berat HX711 AD ke pin Arduino. Dalam hal ini saya telah menggunakan pin 2 dan 3 tetapi semua pin gratis baik-baik saja.

Peringatan: p in 8 dan 10 dicadangkan oleh pelindung TLE94113LE untuk koneksi SPI

Itu saja! Siap untuk mengatur perangkat lunak? Lanjutkan.

Langkah 8: Perangkat Lunak dan Kontrol Perintah Set

Perangkat lunak terdokumentasi lengkap dapat diunduh dari repositori GitHub 3DPrinterFilamentDispenserAndMonitor

di sini kami hanya mempertimbangkan bagian yang paling berarti dan perintah kontrol.

Ada alasan yang disebabkan oleh jumlah pin yang tersedia di Arduino UNO. Saya memutuskan untuk mengontrol sistem melalui terminal serial USB; Karena setiap unit bermotor didasarkan pada sensor berat, mengendalikan enam dispenser filamen yang berbeda memerlukan pembacaan data dari enam sensor berat. Setiap sel beban "mengkonsumsi" dua pin, pin 0 dan 1 dicadangkan (Tx/Rx) untuk serial dan pin 8 dan 10 dicadangkan untuk saluran SPI yang menghubungkan pelindung TLE94112LE.

Status sistem

Perangkat lunak kontrol bekerja melalui empat status berbeda, yang didefinisikan dalam filament.h:

#define SYS_READY "Siap" // Sistem siap

#define SYS_RUN "Berjalan" // Filamen sedang digunakan #define SYS_LOAD "Load" // Roll dimuat #define SYS_STARTED "Dimulai" // Aplikasi dimulai // Kode status #define STAT_NONE 0 #define STAT_READY 1 #define STAT_LOAD 2 #define STAT_RUN 3

Status: Mulai

Status ini terjadi setelah reset perangkat keras atau saat sistem dihidupkan. Panggilan power-on (dan setup() saat sketsa dimulai) menginisialisasi nilai default internal dan harus dimulai tanpa bobot tambahan pada platform sebagai bagian dari urutan inisialisasi adalah perolehan tara absolut untuk mencapai bobot nol fisik.

Status: Siap

Status siap terjadi setelah soft reset (dikirim dari terminal serial). Ini mirip dengan resect fisik tetapi tidak ada tara yang dihitung; perintah reset dapat diluncurkan juga ketika sistem sedang berjalan.

Status: Muat

Status beban terjadi ketika perintah memuat dikirim oleh terminal. Ini berarti bahwa gulungan filamen telah dimuat dan tara dinamis telah dihitung. Berat filamen yang tepat diperoleh dengan jenis pengaturan gulungan yang dikurangi dengan berat unit motor dan gulungan kosong.

Status: Berlari

Status ini memungkinkan penghitungan berat otomatis dan dispenser filamen otomatis.

Pesan terminal

Versi perangkat lunak saat ini mengembalikan pesan yang dapat dibaca manusia ke terminal tergantung pada perintahnya. Pesan string didefinisikan dalam dua file header: commands.h (pesan dan tanggapan terkait perintah) dan filament.h (string yang digunakan oleh parser untuk membuat pesan gabungan).

Perintah

Dua file berbeda terlibat dalam manajemen perintah: commands.h termasuk semua perintah dan parameter terkait dan filament.h termasuk semua konstanta dan definisi yang digunakan oleh sistem pembobotan dan oleh parser.

Sementara perhitungan internal dilakukan secara otomatis oleh perangkat lunak. Saya telah menerapkan serangkaian perintah untuk mengatur perilaku sistem dan mengontrol beberapa parameter secara manual.

Kata kunci perintah peka huruf besar-kecil dan harus dikirim dari terminal. Jika sebuah perintah tidak sesuai untuk status saat ini, perintah itu tidak dikenali, pesan perintah yang salah dikembalikan, jika tidak, perintah akan dijalankan.

Perintah status

Ubah status sistem saat ini dan perilakunya juga disesuaikan

Perintah filamen

Dengan menggunakan perintah terpisah, dimungkinkan untuk mengatur karakteristik filamen dan gulungan berdasarkan berat dan ukuran paling umum yang tersedia saat ini di pasar

Perintah satuan

Ini adalah beberapa perintah untuk mengatur visualisasi satuan ukuran dalam gram atau sentimeter. Faktanya adalah mungkin untuk menghilangkan perintah ini dan selalu mewakili data di kedua unit.

Perintah informasi

Tampilkan grup informasi tergantung pada status sistem

Perintah motorik

Kontrol motor untuk umpan atau tarikan filamen.

Semua perintah motor mengikuti jalur akselerasi/deselerasi. Kedua perintah feed dan pull mengeksekusi urutan pendek seperti yang didefinisikan dalam motor.h oleh konstanta FEED_EXTRUDER_DELAY sementara perintah feedc dan pullc berjalan tanpa batas hingga perintah stop tidak diterima.

Menjalankan perintah mode

Status berjalan menerima dua mode; mode man hanya membaca secara berkala berat dan motor bergerak sampai perintah kontrol motor tidak dikirim. Mode otomatis malah menjalankan dua perintah umpan saat ekstruder membutuhkan lebih banyak filamen.

Prinsipnya didasarkan pada pembacaan bobot, yang dikontekstualisasikan dengan lingkungan khusus ini. Kami berharap konsumsi filamen relatif lambat, printer 3D hampir lambat dan osilasi berat normal tergantung pada getaran lingkungan (lebih baik jika Anda tidak meletakkan seluruh barang di printer 3D)

Ketika ekstruder menarik filamen sebagai gantinya, perbedaan berat meningkat secara dramatis (50 g atau lebih) dalam waktu yang sangat singkat, biasanya antara dua atau tiga pembacaan. Informasi ini disaring oleh perangkat lunak yang "mengurangi" bahwa filamen baru diperlukan. Untuk menghindari kesalahan pembacaan variasi bobot saat motor berjalan diabaikan sama sekali.

Logika aplikasi

Logika aplikasi didistribusikan di.ino main (sketsa Arduino) bersama tiga fungsi: setup(), loop() dan parseCommand(commandString)

Sketsa menggunakan dua kelas terpisah: kelas FilamentWeight untuk mengelola semua perhitungan filamen dan pembacaan sensor melalui IC HX711 dan kelas MotorControl yang menghubungkan metode tingkat rendah dari perisai Arduino TLE94112LE.

mempersiapkan()

Diluncurkan sekali saat dihidupkan atau setelah reset perangkat keras menginisialisasi instance kelas, mengatur perangkat keras dan komunikasi terminal.

lingkaran()

Fungsi loop utama mengelola tiga kondisi berbeda.

Meskipun ada dua kelas untuk sensor berat dan motor yang relatif kompleks, ada keuntungan bahwa sketsa yang dihasilkan sangat mudah dipahami dan dikelola.

1. Periksa (dalam mode otomatis) jika ekstruder membutuhkan lebih banyak filamen
2. Jika motor berjalan, periksa kesalahan perangkat keras (dikembalikan oleh TLE94112LE)
3. Jika ada data serial yang tersedia, parse perintahnya

parseCommand(string perintah)

Fungsi parsing memeriksa string yang berasal dari serial dan ketika sebuah perintah dikenali, perintah itu segera diproses.

Setiap perintah bertindak sebagai mesin negara yang berdampak pada beberapa parameter sistem; mengikuti logika ini semua perintah direduksi menjadi tiga tindakan berurutan:

1. Kirim perintah ke kelas FilamentWeight (perintah berat) atau ke kelas MotorControl (perintah motor)
2. Menjalankan perhitungan untuk memperbarui nilai bobot atau memperbarui salah satu parameter internal
3. Tampilkan di terminal dan keluaran informasi saat eksekusi selesai

Instal perpustakaan Arduino HX711, unduh perangkat lunak dari GitHub dan unggah ke papan Arduino Anda, lalu nikmati!