Дорогие друзья!

Одним солнечным апрельским утром, листая журнал FT Pedia, мы обнаружили интересную статью про робота, способного наносить изображения на куриные яйца.

После небольшого исследования выяснилось, что идея не нова, и повторять конструкцию из статьи было бы слишком скучно. В итоге у нас появился план сделать полноценный производственный участок для праздничного оформления яиц. Ведь у нас есть столько возможностей для этого! Но сперва немного истории…

История яйцебота

Первый известный человечеству яйцебот появился весной 1990 года. Автором идеи является Брюс Шапиро – изобретатель и преподаватель естественных наук, художник по управляемым механизмам.

Началось всё с интереса к управлению шаговыми двигателями с помощью компьютера. Первоначальная конструкция была достаточно проста и была способна рисовать на круглых предметах. А поскольку приближалась Пасха, очевидным холстом были яйца.

С тех пор Брюс создал множество произведений искусства и торговых автоматов, в том числе постоянные инсталляции в США и Европе. Он даже создал версию яйцебота, способного рисовать в высоком разрешении, получившего название Ovagraph. Для Брюса движение с компьютерным управлением – это не только новый рубеж в искусстве, но также и отличный обучающий инструмент. Он вел классы в Музее науки Миннесоты, Сан-Франциско Эксплораториум и других местах, используя яйцебота для обучения электронике, программированию и робототехнике. Для подготовки к этим занятиям требуется много работы, но отзывы всегда потрясающие.

Одна из целей яйцебота – научить электронике, механике и программированию, необходимому для создания ваших собственных проектов управления движением.

В 2009 году Брюс объединился со своим сыном Беном Тромбли и Брайаном Шмальцем, чтобы превратить яйцебота в комплект для домашней сборки. Брайан, инженер по встроенным системам, создал плату EggBotBoard, которая соединяет яйцебота с компьютером через USB. Бен был недавним выпускником Стэнфордского университета по информатике и создал первую версию программного обеспечения, которое позволяет создавать рисунки в графическом редакторе Inkscape и наносить их на яйцо. Подробную информацию о проекте можно найти на сайте www.schmalzhaus.com.

В 2010 году команда Eggbot объединила усилия с Винделлом Оскей и Ленором Эдман из Evil Mad Scientist Laboratories, чтобы представить новый комплект Eggbot 2.0 – новую версию с рядом усовершенствований, упрощающих получение отличных результатов с помощью Eggbot.

 

Вернёмся к нашей конструкции. После продолжительной дискуссии было решено, что производство праздничных яиц будет состоять из трёх участков:

1. Участок хранения (карусельный механизм);
2. Манипулятор с механическим захватным устройством;
3. Станок ЧПУ для нанесения рисунка на яйца.

Система управления

Система управления станком состоит из платы Arduino Uno и двух драйверов шаговых двигателей EasyDriver.

Система управления манипулятором и карусельным механизмом состоит из двух TXT контроллеров (522429). Первый контроллер исполняет основную программу управления, второй контроллер служит для расширения количества входов/выходов первого контроллера.

Запуск программы нанесения рисунка на яйцо осуществляется с помощью расширения, установленного в векторном редакторе Inkscape, написанного на языке Python. Управление манипулятором и карусельным механизмом осуществляется в online режиме в среде ROBO Pro.

Станок ЧПУ

В качестве приводов как нельзя лучше подошли шаговые двигатели из набора fischertechnik «3D принтер». В сравнении с моторами с энкодером, шаговые двигатели обеспечивают очень точное позиционирование, что важно для станков с ЧПУ. Но есть важный нюанс – нельзя превышать нагрузку больше, чем момент «удержания» вала двигателя. Шаговые моторы в обычном исполнении не имеют датчиков обратной связи – если произойдёт «пропуск шагов» в результате чрезмерной нагрузки, контроллер не сможет это скомпенсировать и процесс обработки на станке придётся запускать заново.

Всего потребуется два шаговых двигателя: один для вращение яйца и второй для перемещения рабочего инструмента – маркера или карандаша.

Осуществлять поднятие/опускание рабочего инструмента будем с помощью сервомашинки fischertechnik (132292).

Задняя бабка станка приводится в движение мотором с энкодером (153422). По команде управляющей программы мотор приводит в движение червячную передачу, с помощью которой подпружиненный упор фиксирует яйцо.

Крепление рабочего инструмента выполнено оригинально – из червячной передачи с малым шагом, и конструктивно представляет собой струбцину. Это даёт возможность фиксировать пишущий инструмент разной толщины.

Карусельный механизм

Было решено изготовить систему хранения карусельного типа. Подобный принцип механизма применяется в промышленных обрабатывающих центрах для хранения оснастки и автоматизированной установки.

Вращение карусели осуществляется посредством мотора с энкодером. В качестве подставок для яиц отлично подошли резиновые колёса.

Манипулятор с механическим захватным устройством

Конструкция манипулятора практически повторяет робота с поворотным захватом из набора «ROBO TX Автоматические роботы» (511933) за исключением небольших изменений.

Был заменен двигатель привода поворота захватного устройства c мотора XS (137096) на более мощный мотор (153422). Яйцо – достаточно тяжелый предмет, и для изменения положения захватного устройства требуется достаточное усилие.

Технические характеристики яйцебота fischertechnik

Питание:

• Адаптер fischertechnik ROBOTICS 9V 2.5A (505287) 2 шт.;
• Адаптер 5В 2,25А.

Мотор с энкодером:

• Количество: 5 шт.;
• Номинальное напряжение: 9 В;
• Номинальный ток: 0,386 А;
• Номинальный момент: 10,9 Н*см;
• Скорость вращения: 105 об/мин;
• Передаточное число редуктора: 21,1:1.

Шаговый двигатель:

• Количество: 2 шт.;
• Количество фаз: 2;
• Номинальное напряжение: 4,62 В;
• Номинальный ток: 0.7 А;
• Количество шагов на оборот: 200;
• Шаг: 0,9°;
• Момент удержания: 0.105 Nm.

Описание процесса

1. Захват яйца манипулятором из ячейки карусельного механизма;
2. Перемещение яйца к шпинделю станка;
3. Фиксация яйца задней бабкой;
4. Запуск процесса нанесения рисунка;
5. После окончания процесса нанесения рисунка, захват яйца манипулятором;
6. Перемещение задней бабки в исходное положение;
7. Перенос яйца манипулятором в ячейку карусельного механизма;
8. Поворот карусельного механизма в следующее положение для захвата нового яйца.

Поздравляем вас с наступающими праздниками!

Список внешних источников

1. Till Harbaum, Eierlei mit fischertechnik, ftpedia Heft 1/2020, стр. 30-35
2. History of the EggBot
3. Software for The Original EggBot
4. Исходные коды нашего проекта на GitHub