O PrintBot: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

O PrintBot é uma impressora matricial montada em iRobotCreate. O PrintBot imprime usando pó de talco em qualquer superfície do solo. Usar o robô como base permite que o robô imprima em um tamanho virtualmente ilimitado. Pense em campos de futebol ou quadras de basquete. Talvez os rivais devessem estar atentos a um enxame desse fim de semana de ação de graças no ano que vem. o robô também permite a mobilidade da impressora, permitindo que ela viaje até um local para imprimir e depois vá para outro. Sem fio incluído, o controle remoto também é possível. Arte e publicidade na calçada também são um mercado-alvo para esse dispositivo.

Etapa 1: IRobot Create

O iRobot Create é muito semelhante ao Roomba da iRobot, mas sem o vácuo interno. Isso nos permite adicionar uma carga útil maior e nos dá orifícios de montagem convenientes. O iRobot também fornece uma interface de programação completa para o Create que torna o controle do robô muito simples. A interface é um conjunto simples de comandos e parâmetros enviados ao robô em série. Leia as especificações da interface aberta para obter mais informações. Para nosso uso simples, exigimos apenas alguns comandos. Na inicialização, o comando 128 deve ser enviado para informar ao robô para começar a aceitar o controle externo. Em seguida, um modo deve ser selecionado. Para controle total, enviamos o comando 132 para o Create. Observe que você deve enviar todos os dados para o Create como inteiros, não como texto ascii regular. Cada opcode de comando é um byte, o valor desse byte é o valor inteiro 128 ou qualquer outro. Se você fosse transmitir em texto ascii ou ansi, cada caractere em 128 seria um byte. Para teste ou controle via PC, recomendamos Realterm, pois torna tudo muito simples. Você também precisará definir a taxa de Baud para 57600, conforme declarado na documentação da Interface Aberta. Agora que Create foi inicializado, usamos o comando 137 para conduzir o robô para frente. Wait Distance, 156 é usado para parar o robô após uma distância especificada. Os comandos de script 152 e 153 juntam tudo e fazem um script simples que pode ser executado repetidamente. O iRobot vende o que eles chamam de Módulo de Comando, que é basicamente um microcontrolador programável e algumas portas seriais que você pode usar para controlar seu Create. Em vez disso, usamos um Cypress Programmable System-on-a-Chip (PSoC) combinado com um pequeno PC x86 chamado eBox 2300. O robô tem uma bateria de 18 V que usaremos para alimentar todos os nossos periféricos.

Etapa 2: desmontagem da impressora e controle do motor

Usamos uma velha impressora jato de tinta Epson para o movimento horizontal da impressora e o conjunto de montagem do cabeçote de impressão. A primeira coisa a fazer aqui foi desmontar a impressora com cuidado. Isso exigia a remoção de todos os componentes não essenciais até que tudo o que restasse fosse o conjunto da esteira, o motor, o suporte da cabeça de impressão e a correia de transmissão. Tenha cuidado para não quebrar esta correia ou seu motor de acionamento. Também pode ser inteligente mexer com um voltímetro antes de arrancar todas as placas de energia, mas estávamos um pouco empolgados demais para isso. Observe que você não precisa de nenhum conjunto de alimentação de página, das cabeças de impressão ou cartuchos reais ou de quaisquer placas de circuito. Depois que tudo for desmontado, devemos descobrir como acionar este motor. Uma vez que desmontamos tudo antes de testar qualquer coisa, precisávamos encontrar a voltagem adequada para fornecer o motor. Você pode tentar encontrar as especificações do motor online se encontrar um número de modelo, mas, na falta disso, conecte-o a uma fonte de alimentação CC e aumente lentamente a tensão para o motor. Tivemos sorte e descobrimos que nosso motor funcionava com 12-42 V, mas para ter certeza o testamos manualmente conforme descrito. Rapidamente descobrimos que mesmo em 12 V o motor estará funcionando muito rápido. A solução aqui é usar Pulse-Width-Modulation (PWM). Basicamente, isso liga e desliga o motor muito rapidamente para girar o motor em uma velocidade mais lenta. Nossa bateria fornece 18V, portanto, para tornar a vida mais fácil, faremos o motor funcionar da mesma forma. Ao usar motores CC que devem inverter os circuitos, você experimentará uma grande corrente de retorno em seu circuito ao inverter o motor. Essencialmente, seu motor atua como um gerador enquanto está parando e invertendo. Para proteger seu controlador disso, você pode usar o que é chamado de H-Bridge. Trata-se essencialmente de 4 transistores dispostos em forma de H. Usamos um produto da Acroname. Certifique-se de que o driver escolhido pode lidar com a corrente necessária para o seu motor. Nosso motor foi classificado para 1A contínuo, então o controlador 3A tinha bastante espaço para a cabeça. Esta placa também nos permite controlar a direção do motor simplesmente acionando uma entrada alta ou baixa, bem como freando (parando o motor e mantendo-o na posição) da mesma maneira.

Etapa 3: a cabeça de impressão

O máximo que pudesse ser removido do conjunto da cabeça de impressão original. Ficamos com uma caixa de plástico que facilitou a instalação de nossa cabeça de impressão. Um pequeno motor de 5 Vcc foi acoplado a uma broca. A broca foi escolhida para ter o mais próximo possível do diâmetro de um funil. Isso permitirá que a broca preencha toda a saída do funil. Quando a broca gira, o pó entra nas ranhuras e gira para baixo na broca em direção à saída. Ao girar o bit uma rotação, poderíamos criar um pixel de tamanho constante. Um ajuste cuidadoso será necessário para que tudo se encaixe perfeitamente. Inicialmente, tivemos problemas com o pó simplesmente pulverizando por todo o lugar, mas ao adicionar um segundo funil e elevar a broca, a queda mais longa enquanto restrita ao funil criava um pixel limpo.

Uma vez que este motor só deve ser controlado ligado ou desligado, uma ponte H não foi necessária aqui. Em vez disso, usamos um transistor simples em série com a conexão de aterramento do motor. A porta do transistor era controlada por uma saída digital do nosso microcontrolador da mesma forma que as entradas digitais da ponte H. O pequeno PCB próximo ao motor DC é um sensor infravermelho preto e branco. Esta placa simplesmente emite um sinal digital alto ou baixo quando o sensor vê preto ou branco, respectivamente. Combinado com a faixa codificadora em preto e branco, podemos saber a posição da cabeça de impressão o tempo todo, contando as transições de preto para branco.

Etapa 4: o microcontrolador

O Cypress PSoC integra todas as peças separadas de hardware. Uma placa de desenvolvimento Cypress forneceu uma interface fácil para trabalhar com o PSoC e conectar periféricos. O PSoC é um chip programável para que possamos criar hardware físico no chip como um FPGA. Cypress PSoC Designer possui módulos pré-fabricados para componentes comuns, como geradores PWM, entradas e saídas digitais e portas de comunicação RS-232 seriais.

A placa de desenvolvimento também possui uma protoplaca integrada que permitiu a fácil montagem de nossos controladores de motor. O código no PSoC reúne tudo. Ele espera receber um comando serial. Isso é formatado como uma única linha de 0 e 1s que indica a impressão ou não de cada pixel. O código então percorre cada pixel, dando partida no motor de acionamento. Uma interrupção sensível à borda na entrada do sensor preto / branco aciona uma avaliação do tempo ou não para imprimir em cada pixel. Se um pixel estiver ligado, a saída do freio é elevada e um cronômetro é iniciado. Uma interrupção no cronômetro espera 0,5 segundos e então aumenta a saída do distribuidor, fazendo com que o transistor ligue e a broca gire, o contador do cronômetro é zerado. Depois de mais meio segundo, uma interrupção faz com que o motor pare e o motor de acionamento se mova novamente. Quando a condição de impressão é falsa, simplesmente nada acontece até que o codificador leia outra borda de preto para branco. Isso permite que o cabeçote se mova suavemente até que precise parar para imprimir. Quando o fim de uma linha é alcançado ("\ r / n"), um "\ n" é enviado na porta serial para indicar ao PC que ele está pronto para uma nova linha. O controle de direção na ponte H também é invertido. O Create recebe o sinal para avançar 5mm. Isso é feito por meio de outra saída digital conectada a uma entrada digital no conector DSub25 do Create. Ambos os dispositivos usam lógica TTL de 5 V padrão, portanto, uma interface serial completa é desnecessária.

Etapa 5: o PC

Para criar um dispositivo totalmente independente, um pequeno PC x86 foi usado chamado eBox 2300. Para máxima flexibilidade, um build personalizado do Windows CE Embedded foi instalado no eBox. Um aplicativo foi desenvolvido em C para ler um bitmap em escala de cinza de 8 bits de uma unidade USB. O aplicativo então fez uma nova amostra da imagem e, em seguida, produziu uma linha de cada vez para o PSoC por meio da porta de comunicação serial.

Usar o eBox pode permitir muitos desenvolvimentos futuros. Um servidor da web pode permitir que as imagens sejam carregadas remotamente por meio de uma rede sem fio integrada. O controle remoto pode ser implementado, entre muitas outras coisas. Além do processamento de imagens, possivelmente até mesmo um driver de impressão adequado pode ser criado para permitir que o dispositivo imprima de aplicativos como o bloco de notas. Uma última coisa que quase perdemos foi o poder. O Create fornece 18V. Mas a maioria dos nossos dispositivos funciona com 5V. Uma fonte de alimentação DC-DC da Texas Instruments foi usada para converter ativamente a tensão sem desperdiçar a energia para aquecer, prolongando assim a vida útil da bateria. Conseguimos realizar mais de uma hora de impressão. Uma placa de circuito personalizada facilitou a montagem deste dispositivo e os resistores e capacitores necessários.

Etapa 6: é isso

Bem, isso é tudo para o nosso PrintBot criado no outono de 07 para a aula de ECE 4180 Embedded Design do Dr. Hamblen na Georgia Tech. Aqui estão algumas imagens que imprimimos com nosso robô. Esperamos que goste do nosso projeto e talvez ele inspire mais exploração! Muito obrigado ao PosterBot e a todos os outros iRobot Create Instructables por sua inspiração e orientação.