Existuje několik důvodů, proč mohou být některé koblihy považovány za nekvalitní nebo neuspokojivé. Někdy je to důsledek toho, že veřejné kavárny jsou zavřené, mají nedostatek personálu nebo jsou v pozdních hodinách málo zásobené. Mnoho zákazníků ve veřejných prostorách, včetně letišť, nemocnic, univerzit a dalších podobných míst, může také toužit po kvalitních koblihách na míru v různou dobu během dne.
Aby tento problém vyřešil, tým studentů inženýrství z University of Waterloo společně vyvinul DonutBot. Cílem DonutBotu je zdobit vysoce kvalitní, zakázkové koblihy na místě pomocí robotického ramene s pohony a automatizovaného řídicího systému ve spolupráci s... Progresivní automatizaceTento proces přizpůsobení by byl dokončen během několika minut od vytvoření objednávky prostřednictvím uživatelského rozhraní iPadu.
Jaké aktuátory byly použity?
V tomto projektu studenti použili k vytvoření mechanismu dva různé aktuátory. Níže jsou uvedeny zvolené aktuátory a důvody pro tyto volby.
Lineární aktuátor PA-18
DonutBot by musel urazit dlouhou horizontální vzdálenost, aby mohl robotické rameno přesunout z jedné stanice na druhou. Kvůli tomu... PA-18-60-150 Lineární aktuátor kolejnice byl vybrán, protože má ze všech dostupných pohonů nejdelší délku zdvihu. Další výhodou modelu PA-18 je, že si zachovává stejné rozměry v zasunutém i vysunutém stavu, což umožňuje DonutBotovi efektivnější využití prostoru ve srovnání se standardním pohonem, který by se při cyklování fyzicky vysunul na delší délku.
PA-18
Mikro lineární aktuátor PA-07
Aby bylo možné zvednout, ponořit a spustit koblihu, byl nutný vertikální pohyb nahoru a dolů. Protože koblihy nejsou těžké, byl by přijatelný menší aktuátor s nižší jmenovitou silou. Mikro lineární aktuátor PA-07-4-5 byl vybrán pro vertikální posun robotického ramene, protože splňoval všechny požadavky. Tento model měl také další výhodu v podobě snížení celkové hmotnosti a objemu DonutBotu, protože se jedná o nejmenší nabízený aktuátor, který si stále udržuje délku zdvihu 4 místa.
PA-07
Jak byl DonutBot postaven: Krok za krokem
Fáze předběžného návrhu
Na podzim roku 2019 zahájil technický tým proces návrhu mechanických, elektrických a softwarových komponent DonutBota. Různé CAD výkresy a schémata umožnily týmu dokončit výrobu během prázdnin. Také byly zajištěny a shromážděny elektrické komponenty pro dokončení předběžného testování DonutBota. Dále bylo implementováno jádro aplikace pro iOS rozhraní iPadu.
Tým pokračoval ve své práci na začátku nového roku montáží servopoháněných čelistí na konec mikrolineárního aktuátoru PA-07-4-5. Model PA-07 byl použit pro vertikální pohyb (osa Z) ke zvedání a spouštění čelistí držících upravený donut. Pro horizontální pohyb robotického ramene (osa X) ze stanice na stanici byl aktuátor PA-07 spolu s čelistmi namontován na kolejnicový lineární aktuátor PA-18-60-150.
Zapojení a programování
Externí koncové spínače byly umístěny na odpovídajících stanicích a přišroubovány. Dva aktuátory, servopohony ovládané čelistí a externí koncové spínače byly poté připojeny k desce Arduino. Poté byl vytvořen základní program pro Arduino, aby bylo možné testovat elektrické součástky – program by přijímal příkazy přes sériový port k otevírání a zavírání čelistí a k pohybu robotického ramene z jedné stanice na druhou.
Jedna deska Arduino byla naprogramována pro propojení s oběma aktuátory, zatímco druhá deska Arduino byla naprogramována pro propojení se servem a koncovými spínači. Do kódu byl také přidán debouncer pro čtení hodnot zašumených koncových spínačů, aby všechny elektrické komponenty fungovaly, zatímco oba programy Arduina přijímaly příkazy přes sériový port.
Dokončení projektu
Aby se kobliha otočila správnou stranou nahoru, tým se rozhodl, že DonutBot bude koblihy pouštět těsně nad okraj plexisklového proužku tak, aby se při pádu kobliha dotkla okraje plexisklového proužku jen natolik, aby se otočila o 180°. Pod okrajem by byl talíř, na který by spadla vzpřímená kobliha.
Poslední implementovanou komponentou byl program ROS běžící na Raspberry Pi. Po dokončení objednávky na iPadu by se objednávka koblihy bezdrátově přenesla do Raspberry Pi. Odtud by Raspberry Pi mělo na starosti řízení procesu zdobení koblihy prostřednictvím propojení s deskami Arduino, aby se zajistilo správné zdobení koblih.
Pro závěrečné testy byly použity čtyři stanice. Byla vybrána stanice pro vanilkovou polevu, stanici pro čokoládovou polevu, stanici pro duhovou posypku a stanici pro drobenky Oreo. Po několika kolech testování byl DonutBot vyladěn tak, aby po přijetí objednávky koblihy z rozhraní iPadu úspěšně autonomně zdobil koblihu.
Dokončený DonutBot:
Problémy: Jak vznikly a byly překonány
Stejně jako u každého projektu se v průběhu objevují chvíle pokusů, omylů a řešení. Tým DonutBot nebyl výjimkou; zažil – a úspěšně vyřešil – níže uvedené problémy.
Vakuové sání vs. servopoháněná čelist
V raných fázích návrhu se vyskytl významný problém s použitím podtlakové sací síly k nabírání koblih. Podtlaková síla potřebná k nabírání koblih byla také dostatečně silná, aby nasala polevu a posypku do podtlakové trubice.
Aby se tento problém vyřešil, tým se rozhodl nahradit vakuový systém servopohonem ovládaným čelistí, která by dokázala udržet koblihy, aniž by nabírala polevu. Vzhledem k tomu, že se vakuový systém již nepoužíval, výrazně se snížil příkon potřebný k jeho udržení, a proto již nebylo nutné schválení CSA.
Problémy s robotickým ramenem
Bylo zjištěno, že pohyb ramene na stanici vlevo od něj fungoval podle očekávání. Přesun ramene na stanici vpravo však nefungoval správně. Robotické rameno se i po dosažení cílové stanice pohybovalo doprava až k místu odložení. To bylo způsobeno tím, že Arduino nedetekovalo aktivovaný koncový spínač. Po provedení ladění softwaru a hardwaru bylo zjištěno, že hodnoty koncových spínačů nezávisely pouze na tom, zda byly stisknuty, ale také na směru pohybu X-akčního členu.
Protože všechny elektrické komponenty byly připojeny ke stejnému Arduinu, proud odebíraný aktuátorem X byl příliš velký na to, aby ho zvládla jedna deska Arduino. V důsledku toho se hodnoty koncových spínačů měnily oproti jejich skutečnému stavu v závislosti na směru pohybu. Řešením bylo použití dvou desek Arduino – jedné pro propojení s oběma aktuátory a druhé pro propojení se servem a externími koncovými spínači. Po implementaci této změny a přidání debounceru do kódu pro čtení hlučných hodnot koncových spínačů všechny elektrické komponenty fungovaly podle očekávání.
Nové a vylepšené Mikropohon PA-MC1 (Vylepšení PA-07) je aktuální model, který nabízíme s řadou dalších výhod. Pro srovnání se podívejte na níže uvedené tabulky a upgradujte s důvěrou!
|
|
PA-MC1 |
PA-07 |
|
Délka od otvoru k otvoru |
2,76 místa |
3,25 místa |
|
Možnosti dynamického zatížení |
8, 11, 17, 39 liber |
5 lb |
|
Nejvyšší zatížení |
39 lb |
5 lb |
|
Nejrychlejší rychlost |
1.18"/sec |
0.55"/sec |
|
Možnosti tahu |
0,5 až 8 míst |
0,5 až 12 míst |
Závěr
Závěrem lze říci, že DonutBot od inženýrského týmu University of Waterloo byl dokončen a umožňuje přijímat objednávky prostřednictvím rozhraní iPadu a upravovat si tak instantní vysoce kvalitní koblihy pomocí robotického ramene a automatizovaného řídicího systému. Tým DonutBot byl představen na sympoziu Capstone Design Symposium organizace Mechatronics Engineering. Kromě přidání krytu kolem robota (to mohlo divákům bránit v tom, aby během sympozia jasně viděli fungování DonutBotu) byly všechny cíle týmu splněny. Blahopřejeme všem zúčastněným – jsme potěšeni, že můžeme sponzorovat takový inovativní produkt!