基于Arduino的電阻切割機

大多數(shù)先進的電子 PCB 裝配線都有拾取和放置機器，可以從 SMD 卷軸上拾取元件并將其放置在 PCB 上。但是，當您進行中等規(guī)模生產或在 PCB 上使用 THT（通孔型）組件時，這是不可能的。這種情況適用于大多數(shù)低成本電路板組件，如 LED 驅動器、無變壓器電源等。為了幫助加快組裝過程并準備所需數(shù)量的組件，我們構建了這款基于 Arduino 的電阻切割機。

這臺機器可以處理任何分接元件卷軸，如電阻卷軸、二極管卷軸或任何類似的部件。它可以從一個卷軸中抽取特定數(shù)量的組件并將其切割成所需的數(shù)量。通過這種方式，我們可以輕松地將整個卷軸切割成所需數(shù)量的小塊。

基本機制和功能

當我開始這個項目時，互聯(lián)網上有一個項目叫Pablo 的電阻切割機器人。該項目非常令人印象深刻，但我想對其進行修改以使其更可靠，更易于每個人構建，因此我添加了以下提示：

該機器應該易于構建，這意味著任何擁有 3D 打印機的人都應該能夠構建它，而無需使用許多其他電動工具。

通過添加 MOC7811 opt 隔離傳感器來提高機器的準確性和可靠性，該傳感器將作為我們的 Arduino 的反饋。這將有助于了解每次推送多少組件

用市場上容易買到的鋁擠壓代替木制底座，也使設計更堅固，更容易工作。

將切割機構從使用步進電機更改為伺服電機，使設計更簡單，更容易構建。

通過提供可編輯的 CAD 文件、原理圖和 Arduino 代碼，讓每個人都能以開源的形式使用完整的設計。

制作電阻器卷筒切割機所需的材料

如前所述，此構建的想法是使所需的材料和工具盡可能簡單和容易。您只需要以下組件來構建您的電阻切割機。

機械部件

鋁擠壓型材 20x40 6T 槽

光軸桿直徑 8mm

螺紋桿 8mm 直徑

Nema17 8mm軟軸電機聯(lián)軸器

法蘭球軸承 8mm 孔 – 2 個

枕座安裝 8 毫米孔 – 2 件

用于 2020 年鋁型材的鑄角支架 – 4 件

用于 2020 鋁型材的滑動 T 型螺母 – 20 件

用于 T 形螺母的 M4 6mm 內六角螺絲 – 20 件

皮帶輪正時皮帶

電子元器件

Nema17步進電機

MG90S 金屬齒輪伺服馬達

Arduino納米

16x2液晶屏

A4988步進電機驅動模塊

MOC7811光耦傳感器

12V 2A 直流適配器

按按鈕

50V 100uf電解電容

連接線和穿孔板

Arduino電阻切割機的機械結構

機器的完整機械結構分為小部分，并在下面進行說明。

驅動機制：

我們使用 NEMA17 步進電機作為我們機器的主驅動電機。如果您不熟悉使用 NEMA17 步進電機，您可以查看這篇文章，了解如何將 NEMA17 與 A4988步進電機驅動模塊一起使用，其中介紹了基礎知識。NEMA17 電機使用如下圖所示的耦合器連接到 8mm 軟軸，這樣當電機旋轉時，軟軸也隨之旋轉。

使用步進電機的原因是我們可以在整個機器運行過程中統(tǒng)一控制步數(shù)，并且可以有統(tǒng)一的進給。正如您在上圖中所見，我們已經 3D 打印了一個電機支架，以將 NEMA17 電機固定在鋁擠壓桿上。

進料機制：

機器的下一個階段是送料機構，它使用軟軸、螺桿、一對枕塊和送料輥來實現(xiàn)，如下圖所示。

進料輥：進料輥是一個 3D 打印部件，上面粘有同步帶。同步帶中的橡膠提供足夠的摩擦力和壓力，以均勻地推動卷軸帶。

軟軸：軟軸與步進電機耦合，送料輥擰緊在軟軸上。這樣，進料輥可以按需要的距離分開，并且輥與步進電機一起旋轉。

枕塊：我們在軟軸的兩側使用了兩個枕塊，以確保軟軸與鋁擠壓件平行。此外，這兩個塊幫助我們設置軟軸和螺桿之間的距離，從而控制電阻卷筒上滾輪施加的壓力。

螺紋桿和法蘭軸承：一根 8 毫米螺紋桿，帶有安裝在軟軸下方的法蘭軸承。帶法蘭的軸承有助于將電阻滾刀固定在適當?shù)奈恢?，并且還可以在滾輪移動時自由旋轉，從而將滾刀送入切割部分。法蘭軸承在上圖中并未完全可見，但您可以查看本頁底部鏈接的視頻以獲得更好的理解。

卷軸導軌：卷軸導軌又是一對安裝在鋁擠壓件上的 3D 打印部件。正如您在圖像中看到的，電阻器卷筒通過此卷筒導軌送入輥筒，以確保卷筒始終垂直于送料輥筒進入。

計數(shù)和反饋機制：

盡管有很好的進料機制（盡我所能），但電阻器卷軸時不時會滑動，因此進料不會保持均勻。因此，必須引入一個傳感器來計算在機器被切割之前有多少電阻器被送入機器。此外，通過這種方式，我們可以從機器獲得反饋，我們可以確保一切運行順利。

上圖顯示了我們如何安裝 MOC7811 光耦合器傳感器來計算被推出饋電機構的電阻器或二極管。請注意，傳感器的發(fā)射器和接收器之間的距離已被削減和修改，以允許完整的條帶通過電阻器。

斬波機制：

機器的最后一個機制是斬波機制，為了完成這項工作，我們使用了兩個伺服電機，刀片連接到其角上，如下所示。

我仍然相信這個區(qū)域可以進行很多改進，主要是刀片的安裝方式。也許讀到這里的人可以提出更好的選擇。雖然使用兩個伺服器確實提供了一個優(yōu)勢，因為刀片可以獨立控制，但我們可以單獨調整伺服角度以保持刀片靠近帶材，并確保它們以相同的速度和相同的時間行進，以確保在任何一個上均勻切割邊。

3D 打印所有必需的零件

這款基于 Arduino 的電阻切割機有 13 個部件需要 3D 打印。我已經在 thingverse 上上傳了所有 STL 文件，您可以使用下面的鏈接自行下載和打印。

下載電阻切割機的 STL 文件

除了 STL 文件，您還可以找到可在 fusion 360 上使用的可編輯文件來修改或即興設計。

我使用 cura 對所有 13 個 STL 文件進行切片，并使用我的 Ender 3D 打印機打印它們，因為沒有高精度零件我已將 cura 設置為以低質量（0.28 毫米層厚）切片并僅對懸掛在上方的零件添加支持構建板。如上面的屏幕截圖所示，整個打印大約需要 7.5 小時。您還可以在上面共享的 thing verse 鏈接中找到相同的 Gcode。

基于 Arduino 的電阻器卷筒切割機的電路圖

我們的 DIY Arduino 電阻切割機的完整電路圖如下所示 -

如您所見，電路非常簡單，我們使用 12V 2A 適配器為整個設置供電。nano 上的板載 5V 穩(wěn)壓器用于使用 Arduino 板上的 5V 引腳為 MOC7811 傳感器和伺服電機供電。16x2 LCD 使用 Arduino 的 I2C 引腳（即引腳 A4 和 A5）上的 I2C 模塊連接到 Arduino nano。

左右伺服電機分別連接到 PWM 引腳 9 和 10。A4988 步進驅動器模塊的 Enable、Step 和 Dir 引腳分別連接到 D6、D3 和 D4。每當我們不使用步進電機時，我們都會使用啟用引腳來切斷它的電源。MOC7811 連接到引腳 A0，按鈕連接到引腳 D8。按鈕用于在操作期間啟動或停止機器。

在上面的示意圖中，由于fritzing沒有MOC7811組件，我們單獨展示了它的電路。220 歐姆電阻器用于限制流向光電二極管的電流，10K 電阻器用于在檢測到物體時上拉傳感器的輸出引腳，Sigout 引腳讀數(shù)為 0V，否則讀數(shù)為 5V。該引腳連接到 Arduino 模擬引腳，以檢查是否有任何組件穿過傳感器。

正如您在上圖中看到的，我在零 PCB 上構建了完整的電路，并提供了連接步進電機、伺服電機、LCD 顯示器和傳感器的插頭引腳。然后我使用 L 型夾和一些螺絲將電路板和 LCD 顯示器安裝到位，如下圖所示 -

使用 Arduino 編程電阻器卷盤切割機

電阻切割機的完整代碼 可以在頁面底部找到，在本節(jié)中我將解釋代碼的重要部分。完整的代碼是使用舊的引導加載程序為 Arduino nano 編寫和測試的，如果您有任何問題，可以將它們留在下面的評論部分。

在 void setup 函數(shù)中，我們首先定義輸入和輸出引腳的類型。請注意，我們已將按鈕引腳定義為輸入上拉，因此每當按下此按鈕時，數(shù)字讀數(shù)都會給我們一個零。

// 設置引腳模式

pinMode（stepPin，輸出）；

pinMode（dirPin，輸出）；

pinMode（啟用引腳，輸出）；

pinMode（pushButton，INPUT_PULLUP）;

然后我們將伺服電機設置在初始位置，這會將刀片移出進料路徑，并讓我們將電阻卷盤加載到位。您可能想根據(jù)您的要求調整left_pos和right_pos的值。

//將舵機移動到默認位置

left_servo.attach（9）; // 將引腳 9 上的伺服附加到伺服對象

left_servo.write（left_pos）;

延遲（1000）；

right_servo.attach（10）; //將引腳10上的伺服附加到伺服對象

right_servo.write（right_pos）;

延遲（1000）；

一切都初始化后，我們使用 while 循環(huán)來保持程序，同時讀取按鈕的狀態(tài)。只有當按下按鈕時，代碼才會進一步移動。這樣，用戶將有時間在機器開始工作之前對其進行準備。

while（digitalRead （pushButton） ==HIGH） //在這里等到這個按鈕被長按

{

}

我們使用了一個名為step_forward（）的函數(shù)，它將步進電機向前移動一步。在這樣做的同時，它還會增加一個名為step_count的變量，并檢查在饋送電阻器卷盤時是否有任何故障。這意味著當電機旋轉時，電阻器卷軸應該向前移動，并且 MOC7811 傳感器應該由在它之間移動的電阻器觸發(fā)，如果盡管步進電機向前移動傳感器沒有看到任何組件，則意味著存在故障，我們有停止。下面代碼中的else 循環(huán)對故障條件進行了檢查。

無效 step_forward（）

{

如果（步數(shù) 《 Max_steps_before_fault）

{

數(shù)字寫入（dirPin，HIGH）；// 使電機沿特定方向移動

數(shù)字寫入（stepPin，LOW）；

延遲微秒（1000）；

數(shù)字寫入（stepPin，HIGH）；

延遲微秒（1000）；

步數(shù)++；

}

別的

{

lcd.clear（）;

lcd.setCursor（3，0）;

lcd.print（“步驟錯誤”）;

數(shù)字寫入（啟用引腳，高）；//禁用步進電機

而（1）；

}

}

繼續(xù)前進，我們還有另一個函數(shù)，稱為Chop（）。此功能用于在擠出所需數(shù)量的元件后激活伺服電機并切割電阻卷盤。這里重要的是同時將兩個伺服電機移動到相同的距離，我們使用兩個for 循環(huán)如下所示來實現(xiàn)相同的效果。

無效斬（）

{

for （int 步數(shù) = 0; 步數(shù) 《= 120; 步數(shù) += 1） {

left_pos = 170 步；//將伺服從 160 移動到 60

right_pos = 60+步；//將伺服從60移動到160

left_servo.write（left_pos）;

right_servo.write（right_pos）;

延遲（3）；

}

延遲（100）；

for （int 步數(shù) = 0; 步數(shù) 《= 120; 步數(shù) += 1） {

left_pos = 60+步；//將伺服從60移動到160

right_pos = 170 步；//將伺服從 160 移動到 60

left_servo.write（left_pos）;

right_servo.write（right_pos）;

延遲（3）；

}

}

在void 循環(huán)中，我們無需做太多事情。我們只需要旋轉步進電機，直到傳感器接收到一個電阻。我們還在電機的每一步之間使用了 20 毫秒的延遲來減慢它的速度。

//旋轉步進器直到我們找到一個電阻

if （sensorValue《500）//如果沒有找到電阻

{

向前一步（）;

延遲（20）；

}

如果傳感器被電阻中斷，我們將通過增加變量 Resistor_count 來注冊它，然后繼續(xù)前進。

//IF RESISTOR DETECTED - 前進直到電阻通過

if （sensorValue》500）//檢測到電阻

{

Resistor_count = Resistor_count+1；

步數(shù)=0；

while （sensorValue》500）//當電阻還在傳感器下面時

{

向前一步（）;

傳感器值 = 模擬讀取（A0）；

延遲（20）；

}

}

如果機器擠出了所需數(shù)量的電阻器，那么是時候切斷電阻器卷軸了，下面的代碼完全一樣?？勺償夭ㄓ嫈?shù)可以根據(jù)您希望機器切割的所需電阻器數(shù)量進行更改。

//如果計數(shù)達到

if （Resistor_count==Chop_Count）

{

step_forward（）;step_forward（）;step_forward（）;step_forward（）; step_forward（）;step_forward（）; //向前邁出幾步，正好切在兩個電阻器的中間

劈（）;

Total_cut++;

電阻計數(shù)=0；

延遲（200）；

}

Arduino電阻切割機在行動

使用機器相當簡單。剛開機，機器就會初始化，之后會提示你按一個按鈕。但是，在此之前，將您的電阻器或任何其他膠帶組件卷起來并將其送入機器。在這個階段，步進電機將被禁用，因此您可以手動移動電機以將卷軸設置在正確的位置，如下圖所示。

在此之后，只需按下開始按鈕，我們的機器就會啟動。如果您想查看完整的工作，可以查看頁面底部鏈接的視頻。

所以，有了這個，我結束了這篇文章。希望你喜歡閱讀它并學到一些有用的東西，如果你有任何改進它的建議或想法，請在評論部分提出，我很樂意聽到他們的聲音。此外，如果您想詢問有關此項目或任何其他類似項目的任何問題，請查看我們的論壇。

代碼

/* 電阻切割數(shù)控機床

* 伺服連接到 PWM 引腳 9 和 10

* A4988 步進驅動器啟用，步進和 Dir 引腳分別連接到 D6、D3 和 D4。

* I2C LCD dipslay 連接到 A4 和 A5

* MOC7811 連接到 A0

* 按鈕連接到 D8

*/

#include 《Servo.h》

#include 《Wire.h》

#include 《LiquidCrystal_I2C.h》

// 定義引腳編號

const int stepPin = 3;

常量 int dirPin = 4;

常量 int enablePin = 6;

常量 int pushButton = 8;

常量 int Max_steps_before_fault=25;

常量 int Job_Complete = 20;

int Chop_Count = 0;

int 電阻計數(shù) = -1；

int Step_count =0;

int Total_cut = 0;

int left_pos = 170; // 存儲伺服位置的變量

int right_pos =60;

伺服左伺服；

伺服右舵機；

LiquidCrystal_I2C lcd（0x27， 16， 2）;