Il PrintBot: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

PrintBot è una stampante a matrice di punti montata su iRobotCreate. Il PrintBot stampa utilizzando polvere di talco su qualsiasi superficie del terreno. L'utilizzo del robot per la base consente al robot di stampare una dimensione praticamente illimitata. Pensa a campi da calcio o da basket. Forse i rivali dovrebbero essere alla ricerca di uno sciame di questi weekend del Ringraziamento l'anno prossimo. il robot consente inoltre la mobilità della stampante, consentendole di viaggiare in un luogo per stampare, quindi passare a un altro. Il wireless è incluso, quindi è possibile anche il controllo remoto. Anche l'arte e la pubblicità sul marciapiede sono un mercato di riferimento per questo dispositivo.

Passaggio 1: creazione di IRobot

iRobot Create è molto simile a Roomba di iRobot, ma senza il vuoto interno. Questo ci consente di aggiungere un carico utile maggiore e ci offre comodi fori di montaggio. iRobot fornisce anche un'interfaccia di programmazione completa a Create che rende il controllo del robot molto semplice. L'interfaccia è un semplice insieme di comandi e parametri inviati in serie al robot. Leggi le specifiche dell'interfaccia aperta per maggiori informazioni. Per il nostro semplice utilizzo abbiamo richiesto solo pochi comandi. All'inizializzazione deve essere inviato il comando 128 per dire al robot di iniziare ad accettare il controllo esterno. Successivamente è necessario selezionare una modalità. Per il pieno controllo inviamo il comando 132 al Create. Nota che devi inviare tutti i dati a Create come numeri interi, non un normale testo ascii. Ogni codice operativo del comando è un byte, il valore di quel byte è il valore intero 128 o altro. Se dovessi trasmettere in testo ascii o ansi, ogni carattere in 128 sarebbe un byte. Per il test o il controllo tramite PC consigliamo Realterm in quanto rende tutto molto semplice. Dovrai anche impostare la velocità di trasmissione su 57600 come indicato nella documentazione dell'interfaccia aperta. Ora che il Crea è inizializzato, usiamo il comando 137 per far avanzare il robot. Wait Distance, 156 viene utilizzato per fermare il robot dopo una distanza specificata. I comandi di script 152 e 153 mettono tutto insieme e creano un semplice script che può essere eseguito più e più volte. iRobot vende quello che chiamano il modulo di comando che è fondamentalmente un micro controller programmabile e alcune porte seriali che puoi usare per controllare il tuo Crea. Invece abbiamo usato un Cypress Programmable System-on-a-Chip (PSoC) combinato con un PC x86 molto piccolo chiamato eBox 2300. Il robot ha una batteria da 18 V che useremo per alimentare tutte le nostre periferiche.

Passaggio 2: smontaggio della stampante e controllo del motore

Abbiamo utilizzato una vecchia stampante a getto d'inchiostro Epson per il movimento orizzontale della stampante e il gruppo di montaggio della testina di stampa. La prima cosa da fare qui è stata smontare con attenzione la stampante. Ciò ha richiesto la rimozione di tutti i componenti non essenziali fino a quando tutto ciò che è rimasto è il gruppo binario, il motore, il supporto della testina di stampa e la cinghia di trasmissione. Fare attenzione a non rompere questa cinghia o il suo motore di azionamento. Potrebbe anche essere intelligente frugare con un voltmetro prima di strappare tutte le schede di potenza, ma eravamo un po' troppo eccitati per questo. Si noti che non è necessario alcun gruppo di alimentazione della pagina, testine di stampa o cartucce effettive o circuiti stampati. Dopo che tutto è stato smontato, dobbiamo capire come azionare questo motore. Dato che abbiamo smontato tutto prima di testare qualsiasi cosa, dovevamo trovare la tensione corretta per alimentare il motore. Puoi provare a trovare le specifiche del motore online se riesci a trovare un numero di modello, ma in mancanza, collegalo a un alimentatore CC e aumenta lentamente la tensione al motore. Siamo stati fortunati e abbiamo scoperto che il nostro motore poteva funzionare a 12-42V, ma per essere sicuri lo abbiamo testato manualmente come descritto. Abbiamo scoperto rapidamente che anche a 12V il motore funzionerà troppo velocemente. La soluzione qui è usare Pulse-Width-Modulation (PWM). Fondamentalmente questo accende e spegne il motore molto rapidamente per far girare il motore a una velocità più bassa. La nostra batteria fornisce 18 V, quindi per semplificare la vita faremo funzionare il motore allo stesso modo. Quando si utilizzano motori CC che devono invertire i circuiti, si verificherà una grande corrente di ritorno nel circuito durante l'inversione del motore. Essenzialmente il tuo motore agisce come un generatore mentre si ferma e fa retromarcia. Per proteggere il tuo controller da questo puoi usare quello che viene chiamato un H-Bridge. Si tratta essenzialmente di 4 transistor disposti a forma di H. Abbiamo usato un prodotto di Acroname. Assicurati che il driver che scegli sia in grado di gestire la corrente necessaria per il tuo motore. Il nostro motore è stato valutato per 1A continuo, quindi il controller da 3A aveva un sacco di spazio per la testa. Questa scheda ci permette anche di controllare la direzione del motore semplicemente pilotando un ingresso alto o basso e frenando (fermando il motore e tenendolo in posizione) il motore allo stesso modo.

Passaggio 3: la testina di stampa

La maggior parte del gruppo testina di stampa originale che poteva essere rimossa è stata rimossa. Siamo rimasti con una scatola di plastica che ha reso facile collegare la nostra testina di stampa. Un piccolo motore da 5 V CC è stato collegato con una punta da trapano. Il bit è stato scelto per avere il più vicino possibile allo stesso diametro di un imbuto. Ciò consentirà al trapano di riempire l'intera uscita dell'imbuto. Quando la punta gira, la polvere entra nelle scanalature e fa ruotare la punta verso l'uscita. Ruotando il bit di una rotazione potremmo creare un pixel di dimensioni costanti. Sarà necessaria un'attenta messa a punto per far sì che tutto si adatti perfettamente. Inizialmente abbiamo avuto problemi con la polvere che semplicemente spruzzava dappertutto, ma aggiungendo un secondo imbuto e alzando la punta del trapano, la caduta più lunga mentre era vincolata all'imbuto creava un pixel pulito.

Dato che questo motore deve essere comandato solo acceso o spento, qui non era necessario un ponte H. Invece abbiamo usato un semplice transistor in serie con la messa a terra del motore. Il gate del transistor era controllato da un'uscita digitale del nostro microcontrollore uguale agli ingressi digitali dell'H-bridge. Il piccolo PCB accanto al motore CC è un sensore a infrarossi in bianco e nero. Questa scheda emette semplicemente un segnale digitale alto o basso quando il sensore vede rispettivamente nero o bianco. In combinazione con la striscia encoder in bianco e nero ci permette di conoscere la posizione della testina di stampa in ogni momento contando le transizioni dal nero al bianco.

Passaggio 4: il microcontrollore

Il Cypress PSoC integra tutti i pezzi separati dell'hardware. Una scheda di sviluppo Cypress ha fornito un'interfaccia semplice per lavorare con il PSoC e collegare le periferiche. Il PSoC è un chip programmabile, quindi possiamo effettivamente creare hardware fisico nel chip come un FPGA. Cypress PSoC Designer ha moduli predefiniti per componenti comuni come generatori PWM, ingressi e uscite digitali e porte com RS-232 seriali.

La scheda di sviluppo ha anche una proto-scheda integrata che ha permesso un facile montaggio dei nostri controller motore. Il codice sul PSoC riunisce tutto. Attende di ricevere un comando seriale. Questo è formattato come una singola riga di 0 e 1 che indica di stampare o meno per ogni pixel. Il codice quindi scorre attraverso ogni pixel, avviando il motore di azionamento. Un'interruzione sensibile ai bordi sull'ingresso dal sensore bianco/nero attiva una valutazione del tempo o di non stampare ad ogni pixel. Se un pixel è acceso, l'uscita del freno viene portata al massimo e viene avviato un timer. Un'interruzione sul timer attende 0,5 secondi, quindi porta l'uscita del dispensatore a un livello alto, provocando l'accensione del transistor e la rotazione della punta del trapano, il contatore del timer viene ripristinato. Dopo un altro mezzo secondo, un'interruzione provoca l'arresto del motore e la ripresa del movimento del motore di azionamento. Quando la condizione per la stampa è falsa, semplicemente non accade nulla finché l'encoder non legge un altro bordo da nero a bianco. Ciò consente alla testina di muoversi agevolmente fino a quando non deve fermarsi per stampare. Quando si raggiunge la fine di una linea ("\r\n") viene inviato un "\n" sulla porta seriale per indicare al PC che è pronto per una nuova linea. Anche il controllo della direzione sul ponte H è invertito. Al Crea viene inviato il segnale di avanzare di 5 mm. Questo viene fatto tramite un'altra uscita digitale collegata a un ingresso digitale sul connettore DSub25 di Create. Entrambi i dispositivi utilizzano la logica TTL 5V standard, quindi non è necessaria un'interfaccia seriale completa.

Passaggio 5: il PC

Per creare un dispositivo completamente indipendente, è stato utilizzato un piccolo PC x86 chiamato eBox 2300. Per la massima flessibilità, sull'eBox è stata installata una build personalizzata di Windows CE Embedded. È stata sviluppata un'applicazione in C per leggere una bitmap in scala di grigi a 8 bit da un'unità USB. L'applicazione ha quindi ricampionato l'immagine e quindi l'ha inviata una riga alla volta al PSoC tramite la porta com seriale.

L'utilizzo dell'eBox potrebbe consentire molti ulteriori sviluppi. Un server web potrebbe consentire il caricamento delle immagini in remoto tramite wireless integrato. Il controllo remoto potrebbe essere implementato, tra molte altre cose. È possibile creare un'ulteriore elaborazione delle immagini, eventualmente anche un driver di stampa appropriato per consentire al dispositivo di stampare da applicazioni come il blocco note. Un'ultima cosa che quasi ci mancava era il potere. Il Create fornisce 18V. Ma la maggior parte dei nostri dispositivi funziona a 5V. È stato utilizzato un alimentatore DC-DC di Texas Instruments per convertire attivamente la tensione senza sprecare energia per il calore, prolungando così la durata della batteria. Siamo stati in grado di realizzare oltre un'ora di tempo di stampa. Un circuito personalizzato ha reso facile il montaggio di questo dispositivo e ha richiesto resistori e condensatori.

Passaggio 6: è tutto

Bene, questo è tutto per il nostro PrintBot creato nell'autunno 07 per la classe ECE 4180 Embedded Design del Dr. Hamblen alla Georgia Tech. Ecco alcune immagini che abbiamo stampato con il nostro robot. Ci auguriamo che il nostro progetto vi piaccia e forse ispirerà ulteriori esplorazioni! Un grande ringraziamento a PosterBot e a tutti gli altri iRobot Create Instructables per la loro ispirazione e guida.