Több oka is lehet annak, hogy egyes fánkok gyenge minőségűnek vagy nem kielégítőnek minősülnek. Néha ez annak köszönhető, hogy a nyilvános kávézók zárva vannak, nincs elég személyzetük, vagy késő este kevés a készlet. A nyilvános helyeken, például repülőtereken, kórházakban, egyetemeken és más hasonló helyszíneken sok vásárló a nap különböző időpontjaiban minőségi, személyre szabott fánkokra vágyik.
A probléma megoldása érdekében a Waterlooi Egyetem mérnökhallgatóinak egy csapata közösen alkotta meg a DonutBotot. A DonutBot célja, hogy kiváló minőségű, egyedi fánkokat díszítsen a helyszínen egy aktuátorokkal ellátott robotkar és egy automatizált vezérlőrendszer segítségével, együttműködve a ...-val/-vel. Progresszív automatizálásokEz a testreszabási folyamat néhány percen belül elvégezhető a megrendelés iPad felhasználói felületén keresztüli létrehozását követően.
Milyen aktuátorokat használtak?
Ennél a projektnél a diákok két különböző aktuátort használtak a mechanizmus megvalósításához. Az általuk választott aktuátorokat és azok indoklását az alábbiakban ismertetjük.
PA-18 pálya lineáris működtető
A DonutBotnak nagy vízszintes távolságot kellene megtennie ahhoz, hogy a robotkart egyik állomásról a másikra mozgassa. Emiatt a PA-18-60-150 Lineáris működtető pálya azért választották, mert az összes piacon kapható aktuátor közül ennek van a leghosszabb lökethossza. A PA-18 további előnye, hogy behúzott vagy kinyújtott állapotban is változatlanok maradnak, így a DonutBot helytakarékosabb egy hagyományos aktuátorhoz képest, amely fizikailag hosszabbra nyúlna ki ciklus közben.
PA-18
PA-07 mikrolineáris működtető
Egy fánk felvételéhez, bemártásához és leejtéséhez függőleges mozgásra volt szükség a fel-le mozgáshoz. Mivel a fánkok nem nehezek, egy kisebb méretű, alacsonyabb erőhatású működtető elfogadhatónak bizonyult. PA-07-4-5 Mikrolineáris Aktuátor -t választották a robotkar függőleges eltolásához, mivel minden követelménynek megfelelt. Ennek a modellnek az a további előnye is volt, hogy csökkentette a DonutBot össztömegét és méretét, mivel ez a legkisebb kapható aktuátor, amelynek továbbra is 4 hüvelyk lökethossza van.
PA-07
Hogyan épült fel a DonutBot: lépésről lépésre
Előzetes tervezési szakaszok
2019 őszén a mérnökcsapat megkezdte a DonutBot mechanikai, elektromos és szoftveres komponenseinek tervezését. Különböző CAD rajzok és vázlatok lehetővé tették a csapat számára, hogy a szünet alatt befejezze a gyártást. Emellett beszerezték és összegyűjtötték az elektromos alkatrészeket a DonutBot előzetes tesztelésének elvégzéséhez. Továbbá elkészült az iPad felületéhez tartozó iOS alkalmazás magja.
A csapat az új év elején folytatta munkáját szervovezérelt karmokkal a PA-07-4-5 mikrolineáris aktuátor végére. A PA-07 modellt függőleges mozgáshoz (Z-tengely) használták a testreszabandó fánkot tartó karmok emeléséhez és süllyesztéséhez. A robotkar állomásról állomásra történő vízszintes mozgatásához (X-tengely) a PA-07 aktuátort a karmokkal együtt a PA-18-60-150 pályalineáris aktuátorra szerelték.
Kábelezés és programozás
A külső végálláskapcsolókat a megfelelő állomásokra helyezték és csavarozták. A két aktuátort, a szervovezérelt karmokat és a külső végálláskapcsolókat ezután az Arduino kártyához kötötték. Ezután egy alapvető Arduino programot készítettek az elektromos alkatrészek tesztelésére – a program soros porton keresztül fogadott parancsokat a karom nyitásához és zárásához, valamint a robotkar egyik állomásról a másikra mozgatásához.
Egy Arduino kártyát programoztak a két aktuátorhoz való illesztésre, míg egy második Arduino kártyát a szervomotorokhoz és a végálláskapcsolókhoz való illesztésre. A kódhoz egy visszapattanásgátlót is hozzáadtak a zajos végálláskapcsolók értékeinek kiolvasására, így minden elektromos alkatrész működött, miközben a két Arduino program soros porton keresztül kapta a parancsokat.
A projekt véglegesítése
Annak érdekében, hogy a fánk a megfelelő oldalával felfelé forgatható legyen, a csapat úgy döntött, hogy a DonutBot a fánkokat közvetlenül egy plexiüveg csík széle fölé ejti, így amikor a fánk leesik, éppen annyira érintkezik a plexiüveg csík szélével, hogy 180°-kal elforduljon. A széle alatt egy tányér található, amelyre a függőleges fánk esik.
Az utolsó megvalósítandó komponens a Raspberry Pi-n futó ROS program volt. Az iPaden leadott rendelés befejezése után a fánkrendelés vezeték nélkül továbbításra kerül a Raspberry Pi-re. Innen a Raspberry Pi az Arduino kártyáihoz való csatlakozás révén vezérli a fánkdíszítési folyamatot, biztosítva a fánkok megfelelő díszítését.
Az utolsó néhány teszthez négy állomást használtak. A vaníliaöntés, a csokoládéöntés, a szivárványszínű szórócukor- és az Oreo morzsaöntő állomást választották ki. Néhány tesztelési kör után a DonutBot-ot úgy finomhangolták, hogy az iPad felületéről érkező fánkrendelés fogadása után automatikusan sikeresen díszítse a fánkokat.
Az elkészült DonutBot:
Problémák: Hogyan merültek fel és hogyan győzték le őket
Mint minden projektnél, itt is vannak próbálkozások, hibák és megoldások pillanatai. A DonutBot csapata sem volt kivétel; az alábbi problémákat sikeresen megtapasztalták és megoldották.
Vákuumszívás vs. szervovezérelt karom
A tervezés korábbi szakaszaiban jelentős problémával kellett szembenézni, hogy a fánkokat vákuum segítségével kellett felszedni. A fánkok felszedéséhez szükséges vákuumerő elég erős volt ahhoz is, hogy a cukormázt és a szórócukrot a vákuumcsőbe szívja.
A probléma megoldása érdekében a csapat úgy döntött, hogy a porszívót egy szervovezérlésű karos porszívóra cseréli, amely képes a fánkokat a feltétek felszedése nélkül megtartani. Mivel a porszívót már nem használták, a rendszer által igényelt energiafelvétel jelentősen csökkent, így a CSA jóváhagyásra már nem volt szükség.
Robotkarral kapcsolatos problémák
Azt tapasztalták, hogy a kar bal oldali állomásra mozgatása a várt módon működött. A kar jobb oldali állomásra mozgatása azonban nem működött megfelelően. A robotkar továbbra is jobbra mozgott, egészen a leszállóhelyig, még a célállomás elérése után is. Ez annak volt köszönhető, hogy az Arduino nem érzékelte a kioldott végálláskapcsolót. Szoftveres és hardveres hibakeresés után kiderült, hogy a végálláskapcsolók értékei nemcsak attól függtek, hogy megnyomták-e őket, hanem az X-aktuátor mozgásirányától is.
Mivel az összes elektromos alkatrész ugyanarra az Arduino-ra volt bekötve, az X-aktuátor által felvett áram túl nagy volt ahhoz, hogy egyetlen Arduino kártya kezelni tudja. Következésképpen a végálláskapcsolók értékei a mozgásiránytól függően megváltoztak volna valódi állapotuktól. A megoldás két Arduino kártya használata volt – az egyik a két aktuátorhoz, a másik pedig a szervomotorhoz és a külső végálláskapcsolókhoz való csatlakozáshoz. Miután ezt a változtatást végrehajtottuk, és hozzáadtunk egy debouncert a kódhoz a zajos végálláskapcsolók értékeinek kiolvasására, az összes elektromos alkatrész a várt módon működött.
Az új és továbbfejlesztett PA-MC1 mikroaktuátor A (PA-07 frissítés) a jelenlegi modellünk, számos további előnnyel. Összehasonlításképpen tekintse meg az alábbi táblázatokat, és frissítsen bizalommal!
|
|
PA-MC1 |
PA-07 |
|
Lyukhossz |
2,76 hüvelyk |
3,25 hüvelyk |
|
Dinamikus betöltési beállítások |
8, 11, 17, 39 font |
5 lb |
|
Legnagyobb terhelés |
39 lb |
5 lb |
|
Leggyorsabb sebesség |
1.18"/sec |
0.55"/sec |
|
Ecsetvonási beállítások |
0,5 hüvelyktől 8 hüvelykig |
0,5 hüvelyktől 12 hüvelykig |
Következtetés
Összefoglalva, a Waterlooi Egyetem mérnöki csapata által tervezett DonutBot elkészült, amely egy iPad felületen keresztül képes rendeléseket fogadni, így egy robotkar és egy automatizált vezérlőrendszer segítségével azonnal testreszabható, kiváló minőségű fánkokat lehet készíteni. A DonutBotot a csapat a Mechatronics Engineering Capstone Design Symposiumán mutatta be. A robot köré helyezett burkolaton kívül (ez megakadályozhatta, hogy a nézők tisztán lássák a DonutBot működését a Symposium alatt), a csapat összes célkitűzése teljesült. Gratulálunk minden résztvevőnek – örömmel szponzorálunk egy ilyen innovatív terméket!