PrintBot: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

PrintBot - это точечно-матричный принтер, установленный на iRobotCreate. PrintBot печатает с использованием талька на любой поверхности. Использование робота в качестве основы позволяет роботу печатать практически неограниченного размера. Подумайте о футбольных матчах или баскетбольных площадках. Может быть, соперникам стоит быть начеку, чтобы в следующем году встретить целую толпу этих выходных в честь Дня благодарения. робот также обеспечивает мобильность принтера, позволяя ему перемещаться в одно место для печати, а затем переходить к другому. Беспроводная связь включена, поэтому также возможно дистанционное управление. Тротуарное искусство и реклама также являются целевым рынком для этого устройства.

Шаг 1. Создание IRobot

IRobot Create очень похож на Roomba iRobot, но без внутреннего вакуума. Это позволяет нам увеличить полезную нагрузку и дает нам удобные монтажные отверстия. iRobot также предоставляет полный программный интерфейс для Create, который упрощает управление роботом. Интерфейс представляет собой простой набор команд и параметров, последовательно отправляемых роботу. Для получения дополнительной информации прочтите спецификации открытого интерфейса. Для нашего простого использования нам потребовалось всего несколько команд. После инициализации необходимо отправить команду 128, чтобы робот начал принимать внешнее управление. Затем необходимо выбрать режим. Для полного контроля отправляем команду 132 в файл Create. Обратите внимание, что вы должны отправлять все данные в Create как целые числа, а не как обычный текст ascii. Каждый код операции команды - это один байт, значение этого байта - целочисленное значение 128 или любое другое. Если бы вы передавали текст в формате ascii или ansi, каждый символ в 128 был бы байтом. Для тестирования или управления через ПК мы рекомендуем Realterm, поскольку он упрощает все. Вам также необходимо установить скорость передачи 57600, как указано в документации по открытому интерфейсу. Теперь, когда команда Create инициализирована, мы используем команду 137, чтобы направить робота вперед. Расстояние ожидания, 156 используется для остановки робота после определенного расстояния. Команды сценария 152 и 153 собирают все вместе и создают простой сценарий, который можно запускать снова и снова. IRobot продает так называемый командный модуль, который в основном представляет собой программируемый микроконтроллер и несколько последовательных портов, которые вы можете использовать для управления своим Create.. Вместо этого мы использовали программируемую систему на кристалле Cypress (PSoC) в сочетании с очень маленьким компьютером x86 под названием eBox 2300. Робот имеет аккумулятор на 18 В, который мы будем использовать для питания всех наших периферийных устройств.

Шаг 2. Разборка принтера и управление двигателем

Мы использовали старый струйный принтер Epson для горизонтального движения принтера и узла крепления печатающей головки. Первым делом здесь нужно было аккуратно разобрать принтер. Это потребовало удаления всех второстепенных компонентов, пока все, что осталось, не было узлом гусеницы, двигателем, держателем печатающей головки и приводным ремнем. Будьте осторожны, чтобы не порвать этот ремень или его приводной двигатель. Также может оказаться полезным пощупать вольтметр, прежде чем вырвать все силовые платы, но мы были слишком взволнованы для этого. Обратите внимание, что вам не нужен ни узел подачи страницы, ни сами печатающие головки, ни картриджи, ни какие-либо печатные платы. После того, как все будет разобрано, мы должны выяснить, как управлять этим двигателем. Поскольку мы разобрали все на части перед тем, как что-либо тестировать, нам нужно было найти подходящее напряжение для питания двигателя. Вы можете попытаться найти спецификации двигателя в Интернете, если сможете найти номер модели, но если его нет, подключите его к источнику питания постоянного тока и медленно увеличивайте напряжение на двигателе. Нам повезло, и мы обнаружили, что наш двигатель может работать от 12-42 В, но для уверенности мы проверили его вручную, как описано. Мы быстро обнаружили, что даже при 12 В двигатель будет работать слишком быстро. Решением здесь является использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В основном это включает и выключает двигатель очень быстро, чтобы вращать двигатель на более медленной скорости. Наша батарея питает 18 В, поэтому, чтобы облегчить жизнь, мы будем запускать двигатель от того же самого. При использовании двигателей постоянного тока, которые должны реверсировать цепи, вы столкнетесь с большим обратным током в вашей цепи при реверсировании двигателя. По сути, ваш двигатель действует как генератор, когда он останавливается и реверсирует. Чтобы защитить ваш контроллер от этого, вы можете использовать так называемый H-мост. По сути, это 4-х транзисторы, расположенные в H-образной форме. Мы использовали продукт от Acroname. Убедитесь, что выбранный вами драйвер может выдерживать ток, необходимый для вашего двигателя. Наш двигатель был рассчитан на постоянный ток 1 А, поэтому для контроллера на 3 А было достаточно места. Эта плата также позволяет нам управлять направлением двигателя, просто управляя входным сигналом высокого или низкого уровня, а также торможением (остановка двигателя и удержание его в нужном положении) таким же образом.

Шаг 3: печатающая головка

Было снято столько оригинальной печатающей головки, сколько могло быть снято. У нас остался пластиковый ящик, который позволял легко прикрепить печатающую головку. Небольшой двигатель постоянного тока 5 В был прикреплен с помощью сверла. Сверло было выбрано так, чтобы иметь диаметр, максимально приближенный к диаметру воронки. Это позволит сверлу заполнить все выходное отверстие воронки. Когда долото вращается, порошок попадает в канавки и опускается вниз по направлению к выходу. Поворачивая бит на один оборот, мы можем создать пиксель постоянного размера. Потребуется тщательная настройка, чтобы все подходило правильно. Первоначально у нас были проблемы с простым разбрызгиванием порошка повсюду, но, добавив вторую воронку и подняв сверло, более длинное падение при ограничении воронки позволило получить чистый пиксель.

Поскольку этим двигателем нужно только управлять включением или выключением, H-образный мост здесь не нужен. Вместо этого мы использовали простой транзистор, подключенный последовательно к заземлению двигателя. Затвор транзистора управлялся цифровым выходом нашего микроконтроллера так же, как цифровые входы H-моста. Маленькая печатная плата рядом с двигателем постоянного тока представляет собой инфракрасный черно-белый датчик. Эта плата просто выводит цифровой высокий или низкий сигнал, когда датчик видит черный или белый цвет соответственно. В сочетании с черно-белой полосой кодировщика позволяет нам всегда знать положение печатающей головки, подсчитывая переходы от черного к белому.

Шаг 4: микроконтроллер

Cypress PSoC объединяет все отдельные части оборудования. Плата для разработки Cypress предоставила простой интерфейс для работы с PSoC и подключения периферийных устройств. PSoC - это программируемый чип, поэтому мы можем фактически создавать в чипе физическое оборудование, такое как FPGA. Cypress PSoC Designer имеет готовые модули для общих компонентов, таких как генераторы ШИМ, цифровые входы и выходы, а также последовательные COM-порты RS-232.

Плата для разработки также имеет встроенную макетную плату, которая позволяет легко монтировать наши контроллеры двигателей. Код на PSoC объединяет все воедино. Он ожидает получения последовательной команды. Это форматируется как одна строка из 0 и 1, которая указывает, печатать или нет для каждого пикселя. Затем код проходит через каждый пиксель, запуская приводной двигатель. Чувствительное к краю прерывание на входе от черно-белого датчика запускает оценку погоды или не печать на каждом пикселе. Если пиксель включен, выходной сигнал тормоза становится высоким, запускается таймер. Прерывание таймера ожидает 0,5 секунды, затем устанавливает высокий уровень на выходе дозатора, в результате чего транзистор включается и сверло вращается, счетчик таймера сбрасывается. Еще через полсекунды прерывание заставляет двигатель останавливаться, а приводной двигатель снова начинает двигаться. Когда условие для печати ложно, просто ничего не происходит, пока кодировщик не считывает еще одну границу от черного к белому. Это позволяет головке плавно двигаться до тех пор, пока она не остановится для печати. Когда достигается конец строки («\ r / n»), на последовательный порт отправляется «\ n», чтобы указать ПК, что он готов к новой строке. Управление направлением на H-мосте также обратное. Create посылает сигнал двигаться вперед на 5 мм. Это осуществляется через другой цифровой выход, подключенный к цифровому входу на разъеме Create DSub25. Оба устройства используют стандартную логику TTL 5 В, поэтому полный последовательный интерфейс не требуется.

Шаг 5: ПК

Для создания полностью независимого устройства использовался небольшой компьютер x86 под названием eBox 2300. Для максимальной гибкости на eBox была установлена специальная сборка Windows CE Embedded. На языке C было разработано приложение для чтения 8-битного растрового изображения в градациях серого с USB-накопителя. Затем приложение повторно сделало выборку изображения и затем выводило его по одной строке на PSoC через последовательный COM-порт.

Использование eBox может способствовать дальнейшему развитию. Веб-сервер может позволять загружать изображения удаленно через встроенную беспроводную сеть. Среди прочего, можно реализовать дистанционное управление. Для дальнейшей обработки изображений, возможно, даже может быть создан соответствующий драйвер печати, позволяющий устройству печатать из таких приложений, как блокнот. И последнее, чего нам почти не хватало, - это мощность. Create поставляет 18V. Но большинство наших устройств работает от 5В. Источник питания DC-DC от Texas Instruments использовался для активного преобразования напряжения без потери энергии на тепло, что продлевало срок службы батареи. Нам удалось реализовать более часа печатного времени. Специальная монтажная плата упростила монтаж этого устройства и потребовала резисторов и конденсаторов.

Шаг 6: вот и все

Что ж, это все, что касается нашего PrintBot, созданного осенью 2007 года для курса доктора Хэмблена ECE 4180 Embedded Design в Технологическом институте Джорджии. Вот несколько изображений, которые мы напечатали с помощью нашего робота. Мы надеемся, что вам понравился наш проект и, возможно, он вдохновит на дальнейшие исследования! Большое спасибо PosterBot и всем другим iRobot Create Instructables за их вдохновение и руководство.