PrintBot: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

PrintBot je jehličková tiskárna připojená k iRobotCreate. PrintBot tiskne pomocí prášku Talcum na jakýkoli povrch. Použití robota jako základny umožňuje robotu tisknout prakticky neomezenou velikost. Představte si fotbalové zápasy nebo basketbalové hřiště. Možná by se soupeři měli dívat na roj těchto děkovných víkendů příští rok. robot také umožňuje mobilitu tiskárny, která mu umožňuje cestovat na místo tisku a poté přejít na jiné. Součástí je bezdrátové připojení, takže je možné i dálkové ovládání. Chodníkové umění a reklama jsou také cílovým trhem pro toto zařízení.

Krok 1: Vytvoření IRobota

IRobot Create je velmi podobný iRobot's Roomba, ale bez vnitřního vakua. To nám umožňuje přidat větší užitečné zatížení a poskytuje pohodlné montážní otvory. iRobot také poskytuje kompletní programovací rozhraní pro Create, díky kterému je ovládání robota velmi jednoduché. Rozhraní je jednoduchá sada příkazů a parametrů posílaných do robota sériově. Pro více informací si přečtěte specifikace otevřeného rozhraní. Pro naše jednoduché použití jsme vyžadovali jen několik příkazů. Po inicializaci musí být odeslán příkaz 128, který řekne robotu, aby začal přijímat externí řízení. Dále je třeba zvolit režim. Pro plnou kontrolu posíláme příkaz 132 do Create. Všimněte si, že musíte všechna data odeslat do Vytvořit jako celá čísla, ne jako běžný text ASCII. Každý operační kód příkazu je jeden bajt, hodnota tohoto bajtu je celočíselná hodnota 128 nebo cokoli jiného. Pokud byste přenášeli text ascii nebo ansi, každý znak ve 128 by byl bajt. Pro testování nebo ovládání přes PC doporučujeme Realterm, protože vše je velmi jednoduché. Budete také muset nastavit přenosovou rychlost na 57 600, jak je uvedeno v dokumentaci k otevřenému rozhraní. Nyní, když je inicializováno vytvoření, použijeme příkaz 137 k pohonu robota vpřed. Wait Distance, 156 se používá k zastavení robota po určené vzdálenosti. Skriptové příkazy 152 a 153 dávají vše dohromady a vytvářejí jednoduchý skript, který lze spouštět znovu a znovu. IRobot prodává to, čemu říkají Command Module, což je v podstatě programovatelný mikrořadič a několik sériových portů, které můžete použít k ovládání svého Create. Místo toho jsme použili Cypress Programmable System-on-a-Chip (PSoC) v kombinaci s velmi malým počítačem x86 s názvem eBox 2300. Robot má 18V baterii, kterou použijeme k napájení všech našich periferií.

Krok 2: Demontáž tiskárny a ovládání motoru

Pro horizontální pohyb tiskárny a sestavy držáku tiskové hlavy jsme použili starou inkoustovou tiskárnu Epson. První věcí, kterou zde musíte udělat, bylo opatrně rozebrat tiskárnu. To vyžadovalo odstranění všech nepodstatných komponent, dokud nezbyla jen sestava pásu, motor, držák tiskové hlavy a hnací řemen. Dávejte pozor, abyste neporušili tento řemen nebo jeho hnací motor. Může to být také sekáč, který se bude šťourat voltmetrem, než vytrhnete všechny napájecí desky, ale na to jsme byli příliš nadšení. Nepotřebujete žádnou sestavu podávání stránky, skutečné tiskové hlavy nebo kazety ani žádné desky s obvody. Jakmile je vše rozebráno, musíme zjistit, jak tento motor pohánět. Protože jsme před testováním čehokoli roztrhali, potřebovali jsme najít správné napětí pro napájení motoru. Můžete se pokusit najít specifikace motoru online, pokud najdete číslo modelu, ale chybí to, připojte jej ke stejnosměrnému napájení a pomalu zvyšte napětí motoru. Měli jsme štěstí a zjistili jsme, že náš motor může běžet na 12-42V, ale pro jistotu jsme jej testovali ručně, jak je popsáno. Rychle jsme zjistili, že i při 12V motor poběží příliš rychle. Řešením je zde použít Pulse-Width-Modulation (PWM). V zásadě to velmi rychle zapíná a vypíná motor a točí motor pomalejší rychlostí. Naše baterie dodává napětí 18 V, takže pro usnadnění života vypneme motor stejně. Při použití stejnosměrných motorů, které musí v obvodech reverzovat, se při reverzaci motoru ve vašem obvodu objeví velký zpětný proud. Váš motor v podstatě funguje jako generátor, když se zastavuje a couvá. K ochraně vašeho ovladače před tímto můžete použít takzvaný H-Bridge. Jedná se v podstatě o 4 tranzistory uspořádané do tvaru písmene H. Použili jsme produkt od Acroname. Ujistěte se, že zvolený ovladač zvládne proud potřebný pro váš motor. Náš motor byl dimenzován na 1A nepřetržitý, takže regulátor 3A měl spoustu prostoru nad hlavou. Tato deska nám také umožňuje ovládat směr motoru jednoduše tím, že pohání vstup vysoký nebo nízký a stejně tak brzdí (zastavuje motor a drží ho v poloze).

Krok 3: Tisková hlava

Byla odstraněna velká část původní sestavy tiskové hlavy, kterou bylo možné odstranit. Zůstala nám plastová krabička, díky které bylo snadné připevnit naši tiskovou hlavu. Malý 5V stejnosměrný motor byl připevněn vrtákem. Bit byl zvolen tak, aby měl co nejblíže stejnému průměru jako trychtýř. To umožní vrtačce zaplnit celý výstup trychtýře. Když se bit otáčí, prášek vstupuje do drážek a otáčí se bitem směrem k východu. Otočením bitu o jedno otočení bychom mohli vytvořit pixel konstantní velikosti. Aby vše správně sedělo, bude nutné pečlivé ladění. Zpočátku jsme měli problémy s práškovým postřikem všude kolem, ale přidáním druhého trychtýře a zvednutím vrtáku se při delším pádu při omezení trychtýřem vytvořil čistý pixel.

Protože tento motor lze ovládat pouze zapnuto nebo vypnuto, nebyl zde H-můstek nutný. Místo toho jsme použili jednoduchý tranzistor v sérii s uzemněním motoru. Brána tranzistoru byla řízena digitálním výstupem z našeho mikrořadiče stejně jako digitální vstupy H-můstku. Malá PCB vedle stejnosměrného motoru je infračervený černobílý senzor. Tato deska jednoduše vydává digitální vysoký nebo nízký signál, když senzor vidí černou nebo bílou. V kombinaci s černobílým páskem kodéru nám umožňuje vždy znát polohu tiskové hlavy počítáním přechodů z černé na bílou.

Krok 4: Mikrokontrolér

Cypress PSoC integruje všechny samostatné hardwarové prvky. Vývojová deska Cypress poskytovala snadné rozhraní pro práci s PSoC a připojování periferií. PSoC je programovatelný čip, takže můžeme ve skutečnosti vytvořit fyzický hardware v čipu jako FPGA. Cypress PSoC Designer má předem připravené moduly pro běžné komponenty, jako jsou generátory PWM, digitální vstupy a výstupy a sériové porty RS-232.

Vývojová deska má také integrovanou protokolovou desku, která umožňovala snadnou montáž našich motorových ovladačů. Kód na PSoC vše spojuje. Čeká na přijetí sériového příkazu. Toto je formátováno jako jeden řádek 0 a 1 s, který označuje, zda se má pro každý pixel vytisknout. Kód pak prochází každým pixelem a spustí hnací motor. Přerušení citlivé na hranu na vstupu ze snímače černé/bílé spustí vyhodnocení počasí nebo nevytiskne každý pixel. Pokud je pixel zapnutý, brzdný výkon je zvýšen a spustí se časovač. Přerušení na časovači čeká 0,5 sekundy a poté zvýší výstup stojanu vysoko, což způsobí zapnutí tranzistoru a roztočení vrtáku, počítadlo časovače se vynuluje. Po další půl sekundě přeruší motor zastavení a hnací motor se znovu pohne. Pokud je podmínka pro tisk nepravdivá, jednoduše se nic nestane, dokud kodér nenačte další hranu z černé na bílou. To umožňuje, aby se hlava pohybovala hladce, dokud se nemusí zastavit k tisku. Když je dosaženo konce řádku ("\ r / n"), je na sériový port odesláno "\ n", což indikuje, že je počítač připraven na nový řádek. Řízení směru na H-můstku je také obráceno. Na Create je vyslán signál k pohybu vpřed o 5 mm. To se provádí prostřednictvím dalšího digitálního výstupu připojeného k digitálnímu vstupu na konektoru Create DSub25. Obě zařízení používají standardní logiku 5V TTL, takže úplné sériové rozhraní není nutné.

Krok 5: PC

K vytvoření plně nezávislého zařízení byl použit malý počítač x86 s názvem eBox 2300. Pro maximální flexibilitu bylo na eBox nainstalováno vlastní sestavení Windows CE Embedded. V C byla vyvinuta aplikace pro čtení 8bitové bitmapy šedé škály z USB disku. Aplikace poté znovu vzorkovala obraz a poté jej vyvedla po jednom řádku do PSoC přes sériový port.

Použití eBoxu by mohlo umožnit mnoho dalšího vývoje. Webový server by mohl umožňovat vzdálené nahrávání obrázků prostřednictvím integrovaného bezdrátového připojení. Dálkové ovládání by mohlo být implementováno mimo jiné. Mohlo by být vytvořeno další zpracování obrazu, případně i správný tiskový ovladač, který by zařízení umožňoval tisk z aplikací, jako je například poznámkový blok. Poslední, co nám téměř chybělo, byla síla. The Create dodává 18V. Většina našich zařízení ale běží na 5V. Zdroj DC-DC společnosti Texas Instruments byl použit k aktivnímu převodu napětí bez plýtvání energií na teplo, čímž se prodloužila životnost baterie. Dokázali jsme realizovat více než hodinu tiskového času. Vlastní deska s obvody usnadnila montáž tohoto zařízení a požadovaných rezistorů a kondenzátorů.

Krok 6: To je ono

To je pro náš PrintBot vytvořený podzim 07 pro třídu Embedded Design Dr. Hamblena ECE 4180 v Georgia Tech. Zde je několik obrázků, které jsme vytiskli s naším robotem. Doufáme, že se vám náš projekt líbí a možná vás bude inspirovat k dalšímu zkoumání! Velké díky PosterBot a všem ostatním iRobot Create Instructables za jejich inspiraci a vedení.