Има няколко причини, поради които някои понички може да се считат за нискокачествени или незадоволителни. Понякога това е резултат от това, че обществените кафенета са затворени, нямат достатъчно персонал или са оскъдно заредени в късните часове. Много клиенти на обществени места, включително летища, болници, университети и други подобни места, също могат да желаят качествени персонализирани понички по различно време през деня.
За да решат този проблем, екип от студенти по инженерство от Университета на Ватерло са работили заедно, за да създадат DonutBot. Целта на DonutBot е да декорира висококачествени, персонализирани понички на място, използвайки роботизирана ръка с изпълнителни механизми и автоматизирана система за управление в сътрудничество с... Прогресивни автоматизацииТози процес на персонализиране ще се осъществи в рамките на няколко минути след създаване на поръчка чрез потребителски интерфейс на iPad.
Какви задвижващи механизми бяха използвани?
За този проект студентите използваха два различни задвижващи механизма, за да реализират механизма. Изборът на задвижващи механизми, който направиха, и причините за този избор са описани по-долу.
Линеен задвижващ механизъм PA-18
DonutBot ще трябва да измине голямо хоризонтално разстояние, за да премести роботизирана ръка от една станция на следващата. Поради това, PA-18-60-150 Линеен задвижващ механизъм за релси беше избран, тъй като има опция за най-голяма дължина на хода от всички предлагани задвижващи механизми. Друго предимство на PA-18 е, че той запазва същите размери прибран или разгънат, което позволява на DonutBot да бъде по-ефективен за пространство в сравнение със стандартен задвижващ механизъм, който физически би се разгъвал на по-голяма дължина при циклиране.
PA-18
PA-07 Микро линеен задвижващ механизъм
За да се повдигне, потопи и спусне поничка, е необходимо вертикално движение нагоре и надолу. Тъй като поничките не са тежки, би бил приемлив по-малък задвижващ механизъм с по-ниска номинална сила. Микро линеен задвижващ механизъм PA-07-4-5 беше избран за вертикалното преместване на роботизираната ръка, тъй като отговаряше на всички изисквания. Този модел имаше и допълнителното предимство да намали общото тегло и обем на DonutBot, тъй като е най-малкият предлаган задвижващ механизъм, който все още има дължина на хода от 4 инча.
PA-07
Как е построен DonutBot: Стъпка по стъпка
Предварителни етапи на проектиране
През есента на 2019 г. инженерният екип започна процеса на проектиране на механичните, електрическите и софтуерните компоненти на DonutBot. Различни CAD чертежи и схеми позволиха на екипа да завърши производството по време на празничната ваканция. Също така, електрическите компоненти бяха набавени и събрани, за да се извърши предварителното тестване на DonutBot. Освен това беше внедрено ядрото на iOS приложението за интерфейса на iPad.
Екипът продължи работата си в началото на новата година, като монтира сервоуправляеми нокти върху края на микро линейния задвижващ механизъм PA-07-4-5. Моделът PA-07 беше използван за вертикално движение (ос Z) за повдигане и спускане на ноктите, държащи поничката, която се персонализираше. За да се движи роботизираното рамо хоризонтално (ос X) от станция на станция, задвижващият механизъм PA-07 заедно с ноктите бяха монтирани към линейния задвижващ механизъм PA-18-60-150 Track.
Окабеляване и програмиране
Външни крайни изключватели бяха позиционирани на съответните им станции и завинтени на място. Двата задвижващи механизма, серво-управляемите лапи и външните крайни изключватели бяха свързани към платката Arduino. След това беше създадена основна програма за Arduino, за да може да се тестват електрическите компоненти - програмата щеше да приема команди чрез сериен порт за отваряне и затваряне на лапата и за преместване на роботизираното рамо от една станция на друга.
Една платка Arduino беше програмирана да взаимодейства с двата задвижващи механизма, докато втора платка Arduino беше програмирана да взаимодейства със сервото и крайните изключватели. Към кода беше добавен и de-bouncer, който да чете шумните стойности на крайните изключватели, така че всички електрически компоненти да функционират, докато двете програми на Arduino получаваха команди чрез сериен порт.
Финализиране на проекта
За да завъртят поничката с правилната страна нагоре, екипът решил, че DonutBot трябва да пуска понички точно над ръба на плексигласова лента, така че когато поничката падне, тя да се докосне до ръба на плексигласовата лента достатъчно, за да я завърти на 180°. Под ръба ще има чиния, върху която ще падне изправената поничка.
Последният компонент, който трябваше да бъде имплементиран, беше програмата ROS, работеща на Raspberry Pi. След завършване на поръчка на iPad, поръчката за понички щеше да бъде предадена безжично на Raspberry Pi. Оттук Raspberry Pi щеше да отговаря за контрола на процеса на декориране на понички, като взаимодейства с платките Arduino, за да гарантира, че поничките са декорирани правилно.
За последните няколко теста бяха използвани четири станции. Избрани бяха станциите за ванилова глазура, станциите за шоколадова глазура, станциите за дъгови поръски и станциите за трохи Oreo. След няколко кръга на тестване, DonutBot беше фино настроен да декорира успешно поничка автономно, след като получи поръчка за поничка от интерфейса на iPad.
Завършеният DonutBot:
Проблеми: Как са възникнали и са били преодолени
Както при всеки проект, има моменти на проби, грешки и решения. Екипът на DonutBot не беше по-различен; те преживяха – и решиха – успешно – посочените по-долу проблеми.
Вакуумно засмукване срещу серво-контролиран нокът
В по-ранните етапи на проектиране, съществен проблем, който се срещна, беше използването на вакуумна засмукваща сила за повдигане на поничките. Вакуумната сила, необходима за повдигане на поничките, беше достатъчно силна, за да засмуче глазурата и пръчиците във вакуумната тръба.
За да се справи с този проблем, екипът реши да замени вакуумната система със сервоуправляема лапа, която би могла да държи понички, без да поема никакви добавки. Тъй като вакуумната система вече не се използваше, необходимата мощност за системата беше значително намалена и по този начин вече не се изискваше одобрение от CSA.
Проблеми с роботизираната ръка
Установено е, че преместването на рамото до станция отляво работи както се очаква. Преместването на рамото до станция отдясно обаче не работи правилно. Роботизираното рамо продължаваше да се движи надясно, чак до мястото за оставяне, дори след достигане на целевата си станция. Това се дължеше на факта, че Arduino не е открил задействания краен изключвател. След извършване на софтуерно и хардуерно отстраняване на грешки беше установено, че стойностите на крайните изключватели зависят не само от това дали са натиснати, но и от посоката на движение на X-актуатора.
Тъй като всички електрически компоненти бяха свързани към един и същ Arduino, токът, консумиран от X-актуатора, беше твърде голям, за да се обработи от една платка Arduino. Следователно, това би довело до промяна на стойностите на крайните изключватели спрямо действителните им състояния, в зависимост от посоката на движение. Решението беше да се използват две платки Arduino - едната за взаимодействие с двата актуатора, а другата за взаимодействие със сервото и външните крайни изключватели. След внедряването на тази промяна и добавянето на de-bounser към кода за отчитане на шумни стойности на крайните изключватели, всички електрически компоненти функционираха както се очакваше.
Новото и подобреното Микро актуатор PA-MC1 (PA-07 надстройка) е текущият модел, който предлагаме с разнообразни допълнителни предимства. За сравнение, разгледайте таблиците по-долу и надстройте с увереност!
|
|
PA-MC1 |
PA-07 |
|
Дължина от отвор до отвор |
2,76 inch |
3,25 inch |
|
Опции за динамично натоварване |
8, 11, 17, 39 фунта |
5 lb |
|
Най-високо натоварване |
39 lb |
5 lb |
|
Най-бърза скорост |
1.18"/sec |
0.55"/sec |
|
Опции за инсулт |
от 0,5 инча до 8 инча |
от 0,5 инча до 12 инча |
Заключение
В заключение, DonutBot, разработен от инженерния екип на Университета на Ватерло, беше завършен с възможността да приема поръчки чрез iPad интерфейс за персонализиране на мигновени висококачествени понички, използвайки роботизирана ръка и автоматизирана система за управление. DonutBot беше представен от екипа на симпозиума по дизайн Capstone на Mechatronics Engineering. Освен добавянето на корпус около робота (това може да е попречило на зрителите да видят ясно как работи DonutBot по време на симпозиума), всички цели на екипа бяха постигнати. Браво на всички участници – радваме се да спонсорираме такъв иновативен продукт!