PrintBot: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:08

PrintBot เป็นเครื่องพิมพ์ดอทเมทริกซ์ที่ติดตั้งกับ iRobotCreate PrintBot พิมพ์โดยใช้แป้งฝุ่นบนพื้นผิวใดๆ การใช้หุ่นยนต์สำหรับฐานทำให้หุ่นยนต์สามารถพิมพ์ขนาดได้ไม่จำกัด คิดถึงสนามฟุตบอลหรือสนามบาสเก็ตบอล บางทีคู่แข่งควรมองหากลุ่มคนในช่วงสุดสัปดาห์วันขอบคุณพระเจ้าเหล่านี้ในปีหน้า หุ่นยนต์ยังช่วยให้เครื่องพิมพ์เคลื่อนที่ได้ ทำให้สามารถเดินทางไปยังสถานที่เพื่อพิมพ์ แล้วย้ายไปที่อื่น ไร้สายรวมอยู่ด้วย ดังนั้นจึงสามารถใช้รีโมทคอนโทรลได้ ศิลปะและการโฆษณาบนทางเท้ายังเป็นตลาดเป้าหมายสำหรับอุปกรณ์นี้

ขั้นตอนที่ 1: IRobot Create

iRobot Create นั้นคล้ายกับ Roomba ของ iRobot มาก แต่ไม่มีสุญญากาศภายใน ซึ่งช่วยให้เราเพิ่มน้ำหนักบรรทุกได้มากขึ้นและทำให้เรามีรูยึดที่สะดวก iRobot ยังมีอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรมที่สมบูรณ์สำหรับ Create ที่ทำให้การควบคุมหุ่นยนต์เป็นเรื่องง่าย อินเทอร์เฟซเป็นชุดคำสั่งและพารามิเตอร์อย่างง่ายที่ส่งไปยังหุ่นยนต์ตามลำดับ อ่านข้อกำหนด Open Interface เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติม สำหรับการใช้งานอย่างง่าย เราต้องการคำสั่งเพียงไม่กี่คำสั่งเท่านั้น เมื่อเริ่มต้นจะต้องส่งคำสั่ง 128 เพื่อบอกให้หุ่นยนต์เริ่มยอมรับการควบคุมภายนอก ถัดไปจะต้องเลือกโหมด สำหรับการควบคุมทั้งหมด เราจะส่งคำสั่ง 132 ไปที่ Create โปรดทราบว่าคุณต้องส่งข้อมูลทั้งหมดไปยัง Create เป็นจำนวนเต็ม ไม่ใช่ข้อความ ascii ปกติ แต่ละคำสั่ง opcode คือหนึ่งไบต์ ค่าของไบต์นั้นเป็นค่าจำนวนเต็ม 128 หรืออะไรก็ตาม หากคุณต้องส่งเป็นข้อความ ascii หรือ ansi อักขระแต่ละตัวใน 128 จะเป็นไบต์ สำหรับการทดสอบหรือควบคุมผ่านพีซี เราขอแนะนำ Realterm เพราะมันทำให้ทุกอย่างง่ายมาก คุณจะต้องตั้งค่าอัตราบอดเป็น 57600 ตามที่ระบุไว้ในเอกสารประกอบของอินเทอร์เฟซแบบเปิด เมื่อสร้างเริ่มต้นแล้ว เราใช้คำสั่ง 137 เพื่อขับเคลื่อนหุ่นยนต์ไปข้างหน้า Wait Distance 156 ใช้เพื่อหยุดหุ่นยนต์หลังจากระยะทางที่กำหนด คำสั่งสคริปต์ 152 และ 153 รวมทุกอย่างเข้าด้วยกันและสร้างสคริปต์อย่างง่ายซึ่งสามารถเรียกใช้ซ้ำแล้วซ้ำอีก iRobot ขายสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า Command Module ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้และพอร์ตอนุกรมสองสามพอร์ตที่คุณอาจใช้เพื่อควบคุมการสร้างของคุณ. แต่เรากลับใช้ Cypress Programmable System-on-a-Chip (PSoC) ร่วมกับพีซี x86 ขนาดเล็กมากที่เรียกว่า eBox 2300 หุ่นยนต์นี้มีแบตเตอรี่ 18V ซึ่งเราจะใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่อพ่วงทั้งหมดของเรา

ขั้นตอนที่ 2: การถอดประกอบเครื่องพิมพ์และการควบคุมมอเตอร์

เราใช้เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท Epson รุ่นเก่าสำหรับการเคลื่อนไหวในแนวนอนของเครื่องพิมพ์และชุดประกอบหัวพิมพ์ สิ่งแรกที่ต้องทำที่นี่คือการถอดแยกชิ้นส่วนเครื่องพิมพ์อย่างระมัดระวัง การดำเนินการนี้จำเป็นต้องถอดส่วนประกอบที่ไม่จำเป็นทั้งหมดออกจนกว่าจะเหลือเพียงชุดประกอบราง มอเตอร์ ตัวยึดหัวพิมพ์ และสายพานไดรฟ์ ระวังอย่าทำลายสายพานนี้หรือมอเตอร์ขับเคลื่อนของมัน การใช้โวลต์มิเตอร์อาจเป็นเรื่องยากที่จะแหย่ก่อนที่คุณจะฉีกแผงพลังงานทั้งหมด แต่เรารู้สึกตื่นเต้นเกินไปเล็กน้อยสำหรับเรื่องนั้น โปรดทราบว่าคุณไม่จำเป็นต้องมีชุดป้อนกระดาษ หัวพิมพ์หรือตลับหมึกจริง หรือแผงวงจรใดๆ หลังจากถอดประกอบทุกอย่างแล้ว เราต้องหาวิธีขับเคลื่อนมอเตอร์นี้ เนื่องจากเราแยกทุกอย่างออกจากกันก่อนทำการทดสอบใดๆ เราจึงจำเป็นต้องค้นหาแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมเพื่อจ่ายให้กับมอเตอร์ คุณสามารถลองค้นหาสเปกของมอเตอร์ทางออนไลน์ได้หากคุณสามารถหาหมายเลขรุ่นได้ แต่หากไม่มี ให้ต่อเข้ากับแหล่งจ่ายไฟ DC และค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้กับมอเตอร์ เราโชคดีและพบว่ามอเตอร์ของเราสามารถทำงานบนไฟ 12-42V ได้ แต่เพื่อให้แน่ใจว่าเราได้ทดสอบด้วยตนเองตามที่อธิบายไว้ เราค้นพบอย่างรวดเร็วแม้ที่ 12V มอเตอร์จะทำงานเร็วเกินไป วิธีแก้ปัญหาคือใช้ Pulse-Width-Modulation (PWM) โดยทั่วไป การดำเนินการนี้จะเปิดและปิดมอเตอร์อย่างรวดเร็วเพื่อหมุนมอเตอร์ด้วยความเร็วที่ช้าลง แบตเตอรี่ของเราจ่ายไฟ 18V เพื่อให้ชีวิตง่ายขึ้น เราจะปิดการทำงานของมอเตอร์แบบเดียวกัน เมื่อใช้มอเตอร์กระแสตรงที่ต้องย้อนกลับในวงจร คุณจะพบกระแสไฟย้อนกลับขนาดใหญ่ในวงจรของคุณเมื่อทำการย้อนกลับของมอเตอร์ โดยพื้นฐานแล้วมอเตอร์ของคุณทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในขณะที่หยุดและถอยหลัง เพื่อป้องกันคอนโทรลเลอร์ของคุณจากสิ่งนี้ คุณสามารถใช้สิ่งที่เรียกว่า H-Bridge นี่คือทรานซิสเตอร์ 4 ตัวที่จัดเรียงเป็นรูปตัว H เราใช้ผลิตภัณฑ์จาก Acroname ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไดรเวอร์ที่คุณเลือกสามารถรองรับกระแสไฟที่จำเป็นสำหรับมอเตอร์ของคุณได้ มอเตอร์ของเราได้รับการจัดอันดับสำหรับ 1A ต่อเนื่อง ดังนั้นตัวควบคุม 3A จึงมีพื้นที่เหลือเฟือ บอร์ดนี้ยังช่วยให้เราควบคุมทิศทางของมอเตอร์ได้ง่ายๆ โดยการขับอินพุตสูงหรือต่ำ รวมถึงการเบรก (หยุดมอเตอร์และถือไว้ในตำแหน่ง) มอเตอร์ในลักษณะเดียวกัน

ขั้นตอนที่ 3: หัวพิมพ์

ชุดหัวพิมพ์ดั้งเดิมที่สามารถถอดออกได้มาก เราเหลือกล่องพลาสติกซึ่งทำให้ติดหัวพิมพ์ของเราได้ง่าย ติดมอเตอร์ DC 5V ขนาดเล็กด้วยดอกสว่าน บิตถูกเลือกให้มีเส้นผ่านศูนย์กลางใกล้เคียงกับกรวยมากที่สุด ซึ่งจะช่วยให้ดอกสว่านสามารถเติมช่องทางออกทั้งหมดได้ เมื่อดอกสว่านหมุน ผงจะเข้าไปในร่องและหมุนลงเล็กน้อยไปทางทางออก การหมุนบิตหนึ่งครั้งทำให้เราสามารถสร้างพิกเซลที่มีขนาดคงที่ได้ ต้องมีการปรับจูนอย่างระมัดระวังเพื่อให้ทุกอย่างลงตัว ในขั้นต้น เรามีปัญหากับผงแป้งเพียงแค่ฉีดพ่นให้ทั่ว แต่ด้วยการเพิ่มช่องทางที่สองและยกดอกสว่าน ยิ่งการร่วงหล่นนานขึ้นในขณะที่ถูกจำกัดให้อยู่ในกรวยทำให้พิกเซลสะอาดขึ้น

เนื่องจากต้องควบคุมมอเตอร์นี้ให้เปิดหรือปิดเท่านั้น จึงไม่จำเป็นต้องใช้สะพาน H แต่เรากลับใช้ทรานซิสเตอร์แบบธรรมดาเป็นอนุกรมกับการเชื่อมต่อกราวด์ของมอเตอร์แทน ประตูของทรานซิสเตอร์ถูกควบคุมโดยเอาต์พุตดิจิตอลจากไมโครคอนโทรลเลอร์ของเราเหมือนกับอินพุตดิจิตอลที่สะพาน H PCB ขนาดเล็กถัดจากมอเตอร์ DC คือเซ็นเซอร์อินฟราเรดขาวดำ บอร์ดนี้จะส่งสัญญาณเสียงสูงหรือต่ำแบบดิจิตอลเมื่อเซ็นเซอร์มองเห็นเป็นสีดำหรือสีขาวตามลำดับ เมื่อรวมกับแถบเข้ารหัสขาวดำทำให้เราทราบตำแหน่งของหัวพิมพ์ได้ตลอดเวลาโดยนับการเปลี่ยนจากสีดำเป็นสีขาว

ขั้นตอนที่ 4: ไมโครคอนโทรลเลอร์

Cypress PSoC รวมฮาร์ดแวร์ที่แยกจากกันทั้งหมด บอร์ดพัฒนา Cypress มอบอินเทอร์เฟซที่ใช้งานง่ายสำหรับการทำงานกับ PSoC และการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วง PSoC เป็นชิปที่ตั้งโปรแกรมได้ เราจึงสามารถสร้างฮาร์ดแวร์จริงในชิปได้เหมือน FPGA Cypress PSoC Designer มีโมดูลที่สร้างไว้ล่วงหน้าสำหรับส่วนประกอบทั่วไป เช่น เครื่องกำเนิด PWM อินพุตและเอาต์พุตดิจิทัล และพอร์ต RS-232 com แบบอนุกรม

บอร์ดพัฒนายังมีโปรโตบอร์ดในตัวซึ่งช่วยให้ติดตั้งตัวควบคุมมอเตอร์ของเราได้ง่าย รหัสบน PSoC นำทุกอย่างมารวมกัน รอรับคำสั่งซีเรียล มีการจัดรูปแบบเป็นบรรทัดเดียว 0 และ 1 วินาทีที่ระบุว่าจะพิมพ์หรือไม่สำหรับแต่ละพิกเซล จากนั้นโค้ดจะวนซ้ำในแต่ละพิกเซล สตาร์ทมอเตอร์ขับเคลื่อน การขัดจังหวะที่ไวต่อขอบบนอินพุตจากเซ็นเซอร์ขาวดำจะทริกเกอร์การประเมินสภาพอากาศหรือไม่ให้พิมพ์ที่แต่ละพิกเซล หากเปิดพิกเซล เอาต์พุตเบรกจะถูกขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูงและตัวจับเวลาจะเริ่มทำงาน การขัดจังหวะของตัวจับเวลาจะรอ.5 วินาที จากนั้นขับเอาต์พุตของตัวจ่ายให้สูง ทำให้ทรานซิสเตอร์เปิดขึ้นและสว่านจะหมุน ตัวนับตัวจับเวลาจะถูกรีเซ็ต หลังจากนั้นอีกครึ่งวินาที การขัดจังหวะจะทำให้มอเตอร์หยุดทำงานและมอเตอร์ขับเคลื่อนจะเคลื่อนที่อีกครั้ง เมื่อเงื่อนไขในการพิมพ์เป็นเท็จ จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นจนกว่าตัวเข้ารหัสจะอ่านขอบสีดำถึงขาวอีกอัน วิธีนี้ทำให้ส่วนหัวเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นจนต้องหยุดพิมพ์ เมื่อถึงจุดสิ้นสุดของบรรทัด ("\r\n") "\n" จะถูกส่งไปที่พอร์ตอนุกรมเพื่อระบุให้พีซีทราบว่าพร้อมสำหรับบรรทัดใหม่ การควบคุมทิศทางบนสะพาน H ก็กลับด้านเช่นกัน Create ส่งสัญญาณให้เดินหน้า 5mm. ดำเนินการผ่านเอาต์พุตดิจิทัลอื่นที่เชื่อมต่อกับอินพุตดิจิทัลบนตัวเชื่อมต่อ DSub25 ของ Create อุปกรณ์ทั้งสองใช้ลอจิก TTL 5V มาตรฐาน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้อินเทอร์เฟซแบบอนุกรมเต็มรูปแบบ

ขั้นตอนที่ 5: PC

เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ มีการใช้พีซี x86 ขนาดเล็กที่เรียกว่า eBox 2300 เพื่อความยืดหยุ่นสูงสุด บิลด์แบบกำหนดเองของ Windows CE Embedded ได้รับการติดตั้งบน eBox แอปพลิเคชันได้รับการพัฒนาในภาษา C เพื่ออ่านบิตแมประดับสีเทา 8 บิตจากไดรฟ์ USB จากนั้นแอปพลิเคชันจะสุ่มตัวอย่างรูปภาพอีกครั้งแล้วส่งออกไปยัง PSoC ทีละบรรทัดผ่านพอร์ตอนุกรมคอม

การใช้ eBox อาจทำให้มีการพัฒนาเพิ่มเติมอีกมากมาย เว็บเซิร์ฟเวอร์อนุญาตให้อัปโหลดรูปภาพจากระยะไกลผ่านระบบไร้สายในตัว สามารถใช้การควบคุมระยะไกลได้เหนือสิ่งอื่นใด การประมวลผลภาพเพิ่มเติม อาจสร้างไดรเวอร์การพิมพ์ที่เหมาะสมเพื่อให้อุปกรณ์พิมพ์จากแอพพลิเคชั่นต่างๆ เช่น แผ่นจดบันทึกได้ สิ่งสุดท้ายที่เราเกือบพลาดคือพลัง The Create วัสดุ 18V. แต่อุปกรณ์ส่วนใหญ่ของเราทำงานบน 5V แหล่งจ่ายไฟ DC-DC ของ Texas Instruments ใช้เพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าโดยไม่สูญเสียพลังงานไปเป็นความร้อน ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ เราสามารถตระหนักถึงเวลาการพิมพ์มากกว่าหนึ่งชั่วโมง แผงวงจรแบบกำหนดเองทำให้การติดตั้งอุปกรณ์นี้และตัวต้านทานและตัวเก็บประจุที่จำเป็นทำได้ง่าย

ขั้นตอนที่ 6: แค่นั้นแหละ

นั่นคือมันสำหรับ PrintBot ของเราที่สร้างขึ้นในฤดูใบไม้ร่วง 07 สำหรับคลาส ECE 4180 Embedded Design ของ Dr. Hamblen ที่ Georgia Tech นี่คือภาพบางส่วนที่เราพิมพ์ด้วยหุ่นยนต์ของเรา เราหวังว่าคุณจะชอบโปรเจ็กต์ของเรา และบางทีมันอาจจะเป็นแรงบันดาลใจให้การสำรวจเพิ่มเติม ขอขอบคุณ PosterBot และ iRobot Create Instructables อื่นๆ ทั้งหมดสำหรับแรงบันดาลใจและคำแนะนำของพวกเขา