AutoFrost CNC Kuchen Dekorateur

Inspiriert durch eine falsche Vorstellung von einem "Cupcake CNC", dieses Projekt 1 Semester Mechatronik entnimmt einer Paint-ähnlichen GUI input, sendet Befehle über Arduino und läuft über Schrittmotoren auf Gewindestangen.

Die Software ist in Python, mit TKinter. Es ermöglicht die Auswahl der Größe (bis zu 11 x 13" rechteckig), Form (Rechteck oder Kreis) und Kuchen Farbe, dann öffnet sich eine entsprechende Leinwand mit einer Pallette von Tipps und Farben. Die Python zeichnet Punkte in einem Pfad und an der Presse einer Taste sendet das Design über seriell an zwei Arduinos.

Eines der zwei Arduinos steuert die Schrittmotoren (Steuerung mit Gewinde Stangen in X und Y), mit einer konstanten Geschwindigkeit zwischen Punkten auf dem Weg zu bewegen. Die anderen Arduino läuft einen Servo in der Z-Achse, die ein Rack-und-Pin-Kolben-System verwendet, um die Glasur zu verzichten. Das Servo hält zwischen Punkten oder Pausen für Farbe/Düsenwechsel abholen.

Die Acrylplatte, die den Kuchen hält ist eine Nuss befestigt die reitet auf der x-Achse Gewindestange; die Abgabe Mechanismus bewegt sich in der y-Achse. Dieser beiden Achsen erfolgt auch mit Endschaltern, die genullt Mechanismus umfassen. Außerdem gibt es eine manuelle Z-Achse bewegt die Abgabe Mechanismus zum einstellen für die Höhe des Kuchens.

Dieses Produkt ist das ursprüngliche Werk von fünf Schülern in einer Klasse an Franklin W. Olin College of Engineering. Es erschien im Magazin Wired, Gizmodo und anderswo. Wir waren alle nur lernen Python, wenige Wochen zuvor an Mikrocontroller eingeführt worden und hatte nur ein wenig Erfahrung in der Werkstatt. Wir schafften es von SolidWorks Design und Whiteboard Skizzen zum fertigen Projekt!

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Das mechanische System wurde mit Hilfe der Maschine Filialleiter Olin College in SolidWorks entwickelt.

Die System Eigenschaften Bewegung in 3 Achsen, mit CNC-Steuerung die X- und Y Achsen, sowie zwei unabhängige Bewegungen in der Z-Achse. Acryl Tabelle oben hält die Torte, die hin und her entlang der x-Achse verschoben wird, während den Düsenkopf Zuckerguss auf der y-Achse bewegt. Wir entschieden uns für jede Komponente bewegen sich in einer Achse auf die konstruktive Auslegung und verwenden weniger Material zu machen. Wir haben dann einen rotierenden Griff der dem Benutzer ermöglicht, die Maschine für Höhen bis hin zu justieren. 5" bis 4". Wir haben einen total Reisen Abstand von 13" auf der x-Achse und 11" auf der y-Achse.

X-Achse
Wir haben den Kuchen entlang der x-Achse anstatt den Düsenkopf zu bewegen, weil wir festgestellt, dass es einfacher wäre, die Glasur zu ändern, wenn der Düsenkopf nur in einer Achse bewegt. Wir beschlossen, Schublade Regler als Führer zu verwenden, und ein Schrittmotor gekoppelt an eine Spindel als Mittel den Kuchen linear entlang der Achse zu bewegen. Da die motor Abtriebswelle dreht, stellt sich die Gewindestange, wodurch die Kontrolle-Mutter (welche auf die Befestigung der Kuchen-Tisch montiert ist), um hin und her zu bewegen.

Y-Achse
Während mit der Zuckerguss-Düse stationäre sogar den Zuckerguss oder Düse Spitzenwechsel erleichtern würde, merkten wir, dass bewegt sich des Kuchens in beide Achsen Wouldresult in unsere benötigen eine Basisgröße vier Mal die Fläche des Kuchens (da müssten wir den Kuchen so zu verschieben, die uns erlaubt, auf jeden Teil davon zeichnen). Wir beschlossen, Material zu sparen und gehen mit beweglichen Düsenkopfes im y. Die gesamte Düse Kopfbaugruppe bewegt sich in der y-Achse mit der gleichen allgemeinen Bewegung als das X. Die gesamte Reise für diese Achse ist 11". Dies erlaubt uns, entlang der gesamten Höhe des Kuchens ziehen und die Größe der Maschine niedrig hält.

Z-Achse
Der Düsenkopf bietet die Höhenverstellung, wodurch der Anwender einstellen für verschiedene Kuchen Größen. Der Düsenkopf verfügt auch den Zuckerguss Abgabe Mechanismus beinhaltet einen Servo fahren einen Kolben, die auf einem Gestell montiert wird. Das Rack wird dann durch das Ritzel angetrieben, auf das Servo montiert wird. Da das Servo dreht, treibt es den Kolben nach unten, die verzichtet im Gegenzug der Glasur. Das Servo verzichtet Zuckerguss an einer bestimmten Rate während die Maschine zeichnet und Haltestellen, um separate Linien machen können. Wenn wir aus der Glasur oder die Farbe geändert werden soll, unterbricht Zuckerguss die Abgabe um dem Benutzer erlauben, es zu ändern. Sobald die Glasur geändert wird, kann die Benutzer eine Taste weiterhin Zuckerguss.

Herstellung
Während wir einige Teile, wie den Griff, den Zuckerguss-Spender und die Gewindestange gekauft wurden die überwiegende Mehrheit der Teile in unserem Projekt im Haus bearbeitet. Dies unsere Kosten niedrig gehalten und uns erlaubt, Änderungen am Design zu machen, wie wir sahen, passen. Das Design ist leicht, trotz seiner Größe, weil wir dünne Aluminium, für die meisten unserer Struktur verwendet. Während der Rahmen des Sockels TIG-geschweißt ist, kann der Rest des Projekts für die Reinigung oder Transport demontiert werden.

Der elektrische Teil unseres Projekts konzentriert sich auf die Kontrolle unserer Schrittmotoren. Wir entschieden uns für einen Toshiba TB6560HQ-Controller verwenden, um jeden Motor zu fahren. Diese Controller können bis zu 3 Ampere, die auf jeden Fall hoch genug, um unsere Motoren anzutreiben war Quelle. Wir hatten zu biegen und löten die Pins des Controllers um sie richtig auf dem Steckbrett zu verbinden. Kühlkörper wurden auch an den Controller zu verhindern, dass die Controller Ausblasen angeschlossen. Wir haben 2 Controller, angetrieben von einem 5 Volt versorgt. Beide Schrittmotoren kombiniert bezogen 4 Volt, mit einer Gesamtleistung von 12 V.

Die zwei Arduinos (breadboardable Iduinos) betrieben unisono für verschiedene Funktionen. Arduino 1 PySerial interpretiert, gesendet von Python und Befehle über zwei Logik-Pins und zwei Puls Pins an zwei Schrittmotoren nach diese Befehle gesendet. Die Logik-Pins bestimmt die Richtung der Stepper; die Puls-Pins, ihre Häufigkeit der Rotation. Es auch auf einen dritten Logik-Pin, die eine LED und Arduino 2 Ausgang ausgegeben. Arduino 2 kontrolliert die Bewegung des Servos die die Glasur verzichtet. Es wurde kodiert, um langsam zu verzichten, dann zurückziehen und zum Neuladen anzuhalten, bis auf die Schaltung (ein input-Pin auf dem Arduino) gedrückt wurde. Die Pin auf 2 Arduino, Arduino 1 Ausgabe soll ermöglichen Interpretationen erhielten über PySerial durch 1 Arduino Arduino 2 zukommen, so dass die Zuckerguss Dispensation programmgesteuert angehalten werden konnte. Diese Funktionalität jedoch kamen nie zum tragen.

Ein Arduino analysiert Entfernungen und Logik Variablen durch die Python-GUI über seriell gesendet. Es übersetzt diese Signale in Impulse, die die x und y betreiben Schrittmotor. Die zweite Arduino läuft das Servo, das Glasur mit einer konstanten Rate auf den Kuchen verzichtet. Diese zweite Ardino wird durch einen Logik-Stift auf dem ersten Arduino (Verzicht auf oder keine Abgabe) und durch einen eigenen Überblick über den Kolben Zustand kontrolliert. Sobald die Glasur Kolben geleert wurde, das Servo zieht und wartet auf einen Tastendruck, was bedeutet, dass die Glasur neu geladen wurde.

Die Arduino-Code finden Sie hier.

Benutzer entwerfen Kuchen auf eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) von Paint-Stil und AutoFrost verwandelt sie in Wirklichkeit. Wir haben unsere mit Python und Tkinter GUI geschrieben. Angehende Kuchen Dekorateure können bei der Ausarbeitung ihrer Traum-Kuchen Glasur Farben und Formen der Düse steuern. Wie Benutzer ziehen, wir sammeln Sie Punkte in gleichmäßigen Abständen und speichern Sie ihre Position, Farbe und Form. Wir analysieren durch Farbe und Düse Form (Benutzeraufforderung jedes Mal, wenn eine Änderung erforderlich ist) und X-Abstand, y-Abstand und Zuckerguss-or-Not-Befehle an unsere drei Motoren senden.

Python-Code ist zum Download hier.

Viel Spaß!
-Karan, Tim, Kelsey, Tara und Ilana