Ryhmä 3

Ryhmän jäsenet


Heidi Kivijärvi

Anna-Kaisa Korhonen

Jaakko Rantanen

Martti Majander


Projektin tavoite


Tavoitteena on rakentaa laite, joka voitelee automaattisesti halutun määrän leipiä. Laite käynnistetään älypuhelimella Bluetoothin välityksellä, ja laite ilmoittaa puhelimeen, kun leivät ovat valmiita, tai kun voi tai leivät ovat lopussa. Leivät asetetaan päällekkäin pystysuuntaiseen säiliöön, jonka alaosasta niitä syötetään yksi kerrallaan voiteluasemalle. Voiteluaseman vieressä sijaitsee voisäiliö, jossa olevaa voita nostetaan tasaisesti ylöspäin voiteluiden välissä, jotta voin pinta pysyy samalla tasolla. Varsinainen voitelu tapahtuu siten, että hieman kallistettua voitelulevyä liikutetaan kahden liukukiskon välissä voisäiliön ja leivän yli edestakaisin, jolloin voi kulkeutuu voitelulevyn mukana leivän päälle ja levittyy leivälle. Voitelun jälkeen valmis leipä siirtyy seuraavan leivän työntämänä pois voiteluasemalta.


Komponentit


Laitteen ohjaukseen käytetään Mega 2560 -mikrokontrolleria, joka yhdistetään älypuhelimeen Bluetooth-moduulin avulla. Leivän syöttöön käytetään lineaarista toimilaitetta, ja voin nostamiseen säiliössä sekä voitelulevyn edestakaiseen liikuttamiseen käytetään askelmoottoreita ja kuularuuviin perustuvia mäntäsysteemejä. Voitelulevyn kallistuskulmaa säädetään voitelun suuntaa vaihdettaessa servomoottorin avulla.

Leipäsäiliö valmistetaan 3D-printtaamalla, ja alusta, jolla leivät liikkuvat, tehdään metallista leipien liikkuvuuden varmistamiseksi.


Kuvia käytettävistä osista:

                             

Voiteluosaan käytettävä kierretanko ja liukukisko sekä alusta, jolla leivät liikkuvat.

                            

  Askelmoottori voitelulevyn vaakasuuntaiseen liikuttamiseen.  

Lineaarinen toimilaite leipien työntämiseen säiliöstä.


                        

Kaksi askelmoottoria voisäiliön nostamiseen.            Arduino Mega 2560 -mikrokontrolleri

Kierretangon kiinnityspalikka askelmoottorin päässä.

leiväntyöntölevy.

3D-printattu kiila sekä pleksilevy ja paino.                                    Kiilan 3D kuva.



Kiskojen välipalikka.                                                                       Kierretangon pidike, isossa reiässä on laakeri ja alla oleva kappale tulee keskelle holkiksi.

Voisäiliön valuma-allas ja sen tuki.     

Leipäsäiliön pleksilevy.                                                                                                             Voitelualustanreuna läpirei'illä.                                                                  

Voitelulevyn kiinnityspalikka.

Leipäsäiliön lisälevy.                                  Leipäsäiliö.                                                Leipäsäiliön kulmalevyt liimaamalla voitelualustaan 2 kpl.



Kulmalevyn kiinnityspalikka.             Voitelulevyn moottorinjohtojen koukku 2 kpl.         Voisäiliön pohja.

Voisäiliön reunakappale.

Konseptikuvia



Projektin tilanne 15.3.2021


Suurin osa tarvittavista osista on nyt hankittu tai 3D-printattu. Leipäsäiliö odottaa vielä printtaamista ja projektin edetessä joitain pienempiä osia joudutaan luultavasti vielä hankkimaan ja printtaamaan. Seuraavaksi tarkoituksena on suunnitella, miten osat kiinnitetään pohjalevyyn ja sen jälkeen koota systeemit yhdeksi kokonaisuudeksi puulevyn päälle.

Leipien työntösysteemin ohjaus Megalla saatiin toimimaan pitkällisen pähkäilyn ja manuaalin pänttäämisen jälkeen. Voisäiliö vaatii tällä hetkellä eniten työtä. Sen 3D-printatut osat vaativat työstämistä: joko sisempää osaa täytyy hioa pienemmäksi tai se täytyy tulostaa kokonaan uudelleen pienemmillä mitoilla. Tämän jälkeen tarkoituksena on kiinnittää moottorit säiliöön ja aloittaa niiden testaus ja ohjauksen suunnittelu. Voitelusysteemi on mekaanisilta osilta valmis ja seuraavaksi aloitetaan moottorien testaus ja ohjauksen suunnittelu.

Varsinaista koodia ei ole vielä kirjoitettu laitteelle eikä myöskään bluetooth-ohjausta olla vielä testattu. Sensorien, kuten esimerkiksi voisäiliön paineanturin käyttöä systeemissä ei ole vielä suunniteltu.

Koko laitetta ei olla päästy vielä testaamaan leivillä ja voilla, mikä saattaa aiheuttaa yllätyksiä jatkossa. Huomasimme esimerkiksi, että leipien työntämiseen käytetyn lineaarisen toimilaitteen toimintamatka ei välttämättä riitä työntämään leipää kokonaan pois säiliöstä. Saimme pidennettyä tätä matkaa hieman irroittamalla toimimatkaa säätävät palaset laitteesta, mutta emme tiedä riittääkö se, ennen kun osat on koottu yhdeksi kokonaisuudeksi. Ongelmana on myös se, miten voisäiliö saadaan samalle korkeudelle leivän kanssa. Tämä vaatii luultavasti reiän sahaamista pohjalevyyn ja voisäiliön kiinnittämistä osittain levyn alapuolelle. Emme ole myöskään varma, miten itse leivät ja voi tulevat käyttäytymään. On mahdollista, että joudumme vielä muuttamaan alustaa ja osia, jotta leivät liikkuvat halutulla tavalla. Voi myös olla, että voisäiliö vaatii jonkinlaisen jäähdytyssysteemin, jotta voi pysyy oikeassa lämpötilassa tai että joudumme rakentamaan tiputuskaukalon voitelulevyltä tippuvalle sulalle voille.


Voisäiliön 3D-printatut osat.


                              

Voitelusysteemi sivusta.                                                                                  Lähikuva voitelulevyn kiinnityksestä levyä kallistavaan servoon. 

Voitelusysteemi edestä.



                              

Testikytkentä leiväntyöntölaitteen ohjaamiseen Mega-kontrollerilla.               Lähikuva toimivasta kytkennästä.


Leiväntyöntimen kytkentäkaavio.

Video toimivasta leiväntyöntölaitteen ohjaustestistä.

Projektin edistyminen

Aikaisemmin epäilemämme ennustus leiväntyöntimen toimintamatkan riittämättömyydestä osoittautui testeissä oikeaksi. Joten tätä varten jouduimme vielä mm. 3D-printtaamaan kiilan leipäsäiliön sisälle, joka osaltaan ohjaa pinon alimpaa leipää ulospäin aukosta. Lisäksi osoittautui, ettei pinon ylemmät leivät tahtoneet tulla riittävän alas, jotta niitä saisi työnnettyä leiväntyöntimellä ulos. Tätä varten osoittautui nopeimmaksi ja halvimmaksi ratkaisuksi metallinen paino ja pleksistä leikattu sopivan kokoinen levy. Lisäksi projektin edistyessä tuli eteen lukuisia muita yllätyksiä, joista myöhemmin lisää...

Kytkentöjen tekoa, ja niiden testailua.

Voitelulevy, kiskot ja koko pakettia liikuttava askelmoottori. 


Yllä olevassa kuvassa voitelulevyssä on kiinni vielä vanha versio levyn kiinnityksestä kelkkaan. Kiinnistysvipu osoittautui myöhemmin tehdyissä testeissä osuvan voisäiliöön, jolloin siitä jouduttiin tekemään erimuotoinen ja -kokoinen tämän välttämiseksi. 

Lopullisen kokoonpanon yhteensovittamista ja kiinnittämistä alustaan.

Voileipäautomaatin voitelulevyn testausta

Voitelulevyn testaamista kiskosysteemillä yllä olevalla linkin takana. Tässä vaiheessa kelkassa oli kiinni jo uusi paranneltu versio voitelulevyn muodosta. Lisäksi lopullisessa versiossa tässä testissä kuuluva kierretangon äänekäs kitinä saatiin vaimenemaan mm. ennen kaikkea rasvaamalla ja rakennetta jäykistämällä.

Projektin edetessä tuli vastaan useita yllätyksiä, ja muun muassa asioita, joita ei otettu suunnitteluvaiheessa huomioon. Esimerkiksi voitelusäiliö suunniteltiin helposti irrotettavaksi ja täten helposti puhdistettavaksi. Tässä steppermoottoreihin käytetyt kierretangot olivatkin sen verran pitkiä, ja lopullinen voitelulevyn kisko sen verran matalalla, ettei voitelusäiliö lopulta irtoakaan, muuten kuin irrottamalla stepperit ja voisäiliön pidikkeen pultit irti. 



Lopullinen kokoonpano useasta eri kuvakulmasta kuvattuna, ja kuvassa myös testeissä käytetyt leivät ja voi. Kuvat otettu juuri ennen lopullisten testien aloittamista.

Kuva käytetystä elektroniikasta suojalaatikossaan.                     Video kokoonpanosta 360 astetta.


Voileipäautomaatin yksinkertaistettu kytkentäkaavio. (MOSFET-kytkin ks. Leiväntyöntimen kytkentäkaavio ylempänä.)


Ensimmäisiä testejä tehdessämme, kasattuamme ensin lopullisen kokoonpanon kasaan, niin havaitsimme, ettei Arduino Megaan liitetty virtalähde toiminutkaan, kuten sen pitäisi. Jouduimme testaamaan useita kertoja mikrokontrollerin USB-portin, tietokoneen ja kortin ulkoiseen virtaliittimeen liitetyn virtalähteen välillä. Testeissä huomasimme, ettei pyöreällä ulkoisella virtalähteellä liitetty virtalähde saanut voitelulevyä liikkumaan kuin yhden kerran kiskojen päästä päähän, ja pysähtymään siihen. Tämä ei käynyt mitenkään järkeen, ja jouduimme pähkäilemään pitkään, että missä vika saattaisi olla. Sillä USB:n liitetyllä ulkoisella virtalähteellä, ja tietokoneella voitelulevyn liikkui normaalisti käskyjen mukaan loppuun asti. Tulimme lopputulokseen, että pyöreässä ulkoisessa virtalähteen portissa on vikaa, tai tietty virran määrä järjestelmässä aiheuttaa jonkinlaisen jännitepiikin systeemiin, jolloin se pysäyttää voitelulevyn liikuttaman askelmoottorin toiminnan tietyissä olosuhteissa. Tämän asian lopullinen syy jäi tosin hieman mysteeriksi.

Voileipäautomaattiin liittyviä parannusehdotuksia

Voileipäautomaatin toimintaan jäi vielä melko paljon parannettavaa, jota ei voinut tehdä annetun ajan ja resurssien puutteessa. Esim. voitelulevyn kierretankoa olisi voinut yrittää suoristaa, jolloin steppermoottoreihin usein liittyvät värinä, ja siitä aiheituva ääni olisi todennäköisesti pienentynyt.  

Voitelulevyn kiskot myös värisevät melkoisesti, joten niiden kiinnityksessä riittäisi parannettavaa, jolloin ääni ja värinät olisivat mahdollisesti vaimennettavissa.

Laitteessa on myös jatkokehityspotentiaalia, sillä siihen voitaisiin tulevaisuudessa lisätä konseptin ensimmäisten visioiden mukaisesti esimerkiksi leivän paahtamistoiminto tai leivänpäällisten syöttö voidellulle leivälle. Lisäksi voisäiliöön voisi asentaa säädettävän jäähdytyksen ja lämpömittarin, joiden avulla voi saataisiin voitelua varten sopivaan lämpötilaan. Myös käyttöliittymää voitaisiin parantaa koodaamalla erillinen sovellus painonappeineen laitteen ohjausta varten nykyisen tekstimuotoisen komentoriviohjauksen sijaan.


Koodit

Circus-video

Voileipäautomaatin esittelyvideo