ישנן מספר סיבות מדוע סופגניות מסוימות עשויות להיחשב באיכות ירודה או לא מספקות. לפעמים, הסיבה לכך היא שבתי קפה ציבוריים סגורים, בעלי מחסור בצוות או בעלי מלאי דליל בשעות הלילה המאוחרות. לקוחות רבים במרחבים ציבוריים, כולל שדות תעופה, בתי חולים, אוניברסיטאות ומקומות דומים אחרים, עשויים גם הם להשתוקק לסופגניות איכותיות בהתאמה אישית בזמנים שונים במהלך היום.
כדי לפתור בעיה זו, צוות של סטודנטים להנדסה מאוניברסיטת ווטרלו עבד יחד כדי ליצור את ה-DonutBot. מטרת ה-DonutBot היא לקשט סופגניות איכותיות ומותאמות אישית במקום באמצעות זרוע רובוטית עם מפעילים ומערכת בקרה אוטומטית בשיתוף פעולה עם... אוטומציות מתקדמותתהליך התאמה אישית זה יושלם תוך מספר דקות מיצירת הזמנה דרך ממשק משתמש של iPad.
אילו מפעילים שימשו?
עבור פרויקט זה, התלמידים השתמשו בשני מפעילים שונים כדי לבצע את המנגנון. בחירות המפעילים שעשו והסיבות לבחירות אלו מתוארות להלן.
מפעיל ליניארי מסילה PA-18
ל-DonutBot יהיה מרחק אופקי ארוך לעבור כדי להזיז זרוע רובוטית מתחנה אחת לאחרת. בגלל זה, ה- PA-18-60-150 מפעיל ליניארי מסלול נבחרה מכיוון שיש לה את אופציית אורך התנועה הארוכה ביותר מבין כל המפעילים הקיימים. יתרון נוסף של ה-PA-18 הוא שהוא נשאר באותם מידות גם כשהוא נפתח או נפתח, מה שמאפשר ל-DonutBot להיות יעיל יותר במקום בהשוואה למפעיל סטנדרטי שהיה נפתח פיזית לאורך ארוך יותר בעת רכיבה על אופניים.
PA-18
מפעיל ליניארי מיקרו PA-07
כדי להרים, לטבול ולהפיל סופגניה, נדרשה תנועה אנכית כדי לנוע למעלה ולמטה. מכיוון שסופגניות אינן כבדות, מפעיל קטן יותר עם דירוג כוח נמוך יותר יהיה מקובל. מפעיל ליניארי מיקרו PA-07-4-5 נבחרה לתזוזה אנכית של הזרוע הרובוטית מכיוון שעמדה בכל הדרישות. לדגם זה היה גם יתרון נוסף של הפחתת המשקל והנפח הכוללים של ה-DonutBot, שכן זהו המפעיל הקטן ביותר המוצע, שעדיין בעל אורך מהלך של 10 ס"מ.
PA-07
איך נבנה הדונאטבוט: שלב אחר שלב
שלבי תכנון ראשוניים
בסתיו 2019, צוות ההנדסה החל בתהליך תכנון הרכיבים המכניים, החשמליים והתוכנתיים של הדונאטבוט. שרטוטים וסכמות שונים של CAD אפשרו לצוות להשלים את הייצור במהלך חופשת החגים. כמו כן, רכיבים חשמליים נאספו והועברו להשלמת הבדיקות המקדימות של הדונאטבוט. יתר על כן, הליבה של אפליקציית iOS עבור ממשק האייפד יושמה.
הצוות המשיך את עבודתו בתחילת השנה החדשה על ידי הרכבת טפרים הנשלטים על ידי סרוו בקצה המפעיל הליניארי המיקרו PA-07-4-5. דגם PA-07 שימש לתנועה אנכית (ציר Z) כדי להרים ולהוריד את הטפרים המחזיקים את הדונאט שעבר התאמה אישית. כדי להזיז את הזרוע הרובוטית אופקית (ציר X) מתחנה לתחנה, המפעיל PA-07 יחד עם הטפרים הורכב על מפעיל הליניארי המסילה PA-18-60-150.
חיווט ותכנות
מתגי גבול חיצוניים הוצבו בתחנות המתאימות והוברגו במקומם. שני המפעילים, הטפרים הנשלטים על ידי סרוו ומתגי הגבול החיצוניים חוברו לאחר מכן ללוח הארדואינו. לאחר מכן נוצרה תוכנית ארדואינו בסיסית על מנת שתוכל לבדוק את הרכיבים החשמליים - התוכנית תקבל פקודות דרך חיבור טורי לפתיחה וסגירה של הטפר ולהזזת הזרוע הרובוטית מתחנה אחת לאחרת.
לוח ארדואינו תוכנת לתקשר עם שני המפעילים, בעוד שלוח ארדואינו שני תוכנת לתקשר עם הסרוו ומתגי הגבול. בנוסף, נוסף מנגנון ניתוק (de-bouncer) לקוד כדי לקרוא ערכי מתגי גבול רועשים, כך שכל הרכיבים החשמליים יפעלו כאשר שתי תוכניות הארדואינו קיבלו פקודות דרך החיבור הטורי.
סיום הפרויקט
כדי לסובב את הסופגנייה כשצדה הנכון כלפי מעלה, הצוות החליט שה-DonutBot יפיל סופגניות ממש מעל קצה רצועת פרספקס, כך שכאשר הסופגנייה נופלת, היא תבוא במגע עם קצה רצועת הפרספקס בדיוק במידה הדרושה כדי לגרום לה להסתובב ב-180 מעלות. מתחת לקצה תהיה צלחת שעליה הסופגנייה הזקופה תיפול.
הרכיב האחרון שיושם היה תוכנת ROS, שרצה על ה-Raspberry Pi. לאחר השלמת הזמנה באייפד, הזמנת הדונאטס תועבר באופן אלחוטי ל-Raspberry Pi. מכאן, ה-Raspberry Pi יהיה אחראי על שליטה בתהליך קישוט הדונאטס על ידי חיבור ללוחות הארדואינו כדי להבטיח שהדונאטס מקושטים כהלכה.
ארבע תחנות שימשו לכמה בדיקות אחרונות. נבחרו תחנת ציפוי וניל, תחנת ציפוי שוקולד, תחנת סוכריות קשת בענן ותחנת פירורי אוראו. מתוך מספר סבבי בדיקות, ה-DonutBot כוונן במדויק לקישוט סופגנייה בהצלחה באופן עצמאי עם קבלת הזמנת סופגנייה מממשק האייפד.
הדונאטבוט המוגמר:
בעיות: כיצד הן צצו והתגברו עליהן
כמו בכל פרויקט, ישנם רגעים של ניסוי, טעייה ופתרון לאורך כל הדרך. צוות DonutBot לא היה שונה; הם מנוסים - ופתר - את הבעיות המפורטות להלן בהצלחה.
יניקה ואקום לעומת טופר מבוקר סרוו
בשלבים המוקדמים של התכנון, נתקלה בעיה משמעותית בשימוש בכוח שאיבה בוואקום כדי להרים את הדונאטס. כוח הוואקום שהיה נדרש כדי להרים את הדונאטס היה גם חזק מספיק כדי לשאוב את הציפוי והסוכריות לתוך צינור הוואקום.
כדי לטפל בבעיה זו, הצוות החליט להחליף את שואב האבק בטופר הנשלט על ידי סרוו, שיוכל להחזיק דונאטס מבלי להרים תוספות. מאחר ששואב האבק כבר לא היה בשימוש, צריכת החשמל הנדרשת למערכת פחתה משמעותית ולכן לא נדרש עוד אישור CSA.
בעיות בזרוע הרובוטית
נמצא כי הזזת הזרוע לתחנה משמאלה עבדה כצפוי. עם זאת, הזזת הזרוע לתחנה מימינה לא עבדה כראוי. הזרוע הרובוטית המשיכה לנוע ימינה, עד למיקום הנחיתה, גם לאחר שהגיעה לתחנת היעד. הסיבה לכך הייתה שהארדואינו לא זיהה את מתג הגבול שהופעל. לאחר ביצוע ניפוי שגיאות תוכנה וחומרה, נמצא שערכי מתג הגבול לא יהיו תלויים רק בשאלה האם הם נלחצו, אלא גם בכיוון התנועה של מפעיל ה-X.
מכיוון שכל הרכיבים החשמליים חוברו לאותו ארדואינו, הזרם שנצרך על ידי מפעיל ה-X היה גדול מדי לטיפול בלוח ארדואינו אחד. כתוצאה מכך, הדבר גרם לשינוי ערכי מתגי הגבול ממצבם האמיתי, בהתאם לכיוון התנועה. הפתרון היה להשתמש בשני לוחות ארדואינו - אחד לממשק עם שני המפעילים ואחר לממשק עם הסרוו ומתגי הגבול החיצוניים. לאחר יישום שינוי זה והוספת de-bouncer לקוד כדי לקרוא ערכי מתגי גבול רועשים, כל הרכיבים החשמליים תפקדו כצפוי.
החדש והמשופר מיקרו-מפעיל PA-MC1 (שדרוג PA-07) הוא הדגם הנוכחי שאנו מציעים עם מגוון יתרונות נוספים. להשוואה, עיינו בטבלאות למטה ושדרגו בביטחון!
|
|
PA-MC1 |
PA-07 |
|
אורך חור לחור |
2.76 inch |
3.25 inch |
|
אפשרויות טעינה דינמיות |
8, 11, 17, 39 פאונד |
5 lb |
|
העומס הגבוה ביותר |
39 lb |
5 lb |
|
המהירות המהירה ביותר |
1.18"/sec |
0.55"/sec |
|
אפשרויות משיכה |
0.5 אינץ' עד 8 אינץ' |
0.5 אינץ' עד 12 אינץ' |
מַסְקָנָה
לסיכום, ה-DonutBot של צוות ההנדסה של אוניברסיטת ווטרלו הושלם עם היכולת לקבל הזמנות דרך ממשק iPad כדי להתאים אישית דונאטס באיכות גבוהה באופן מיידי באמצעות זרוע רובוטית ומערכת בקרה אוטומטית. ה-DonutBot הוצג על ידי הצוות בסימפוזיון Capstone Design של הנדסת מכטרוניקה. מלבד הוספת מעטפת סביב הרובוט (ייתכן שזה מנע מהצופים לראות בבירור את פעולת ה-DonutBot במהלך הסימפוזיון), כל יעדי הצוות הושגו. כל הכבוד לכל המעורבים - אנו שמחים לתת חסות למוצר חדשני שכזה!