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倒啤酒是一种艺术，绝对是品尝体验的一部分，特别是当你需要足够的泡沫完美地排列在玻璃的边缘。由于比利时是啤酒之乡，我们决定为两种比利时啤酒（Duvel和Jupiler）制作一个浇注机器人，并根据玻璃瓶和瓶子尺寸制作机器人，作为我们的Master One项目的一部分。这个想法是为两个啤酒品牌建立一个共同的机器人。基于可用性，我们使用以下组件和材料构建机器人。
结构材料：密度板，有机玻璃
3D打印：解放军
建模软件：Solidworks / Inventor
编码：Fritzing和Arduino
步骤1：所需组件
这一步是关于我们的选择和可用性。在其他条件可能有所不同。
- 直流电机（2个）
- 径向球轴承（2个）
- 轴联轴器（2个）
- 液晶显示屏（1个）
- 称重传感器（1个）
- Arduino Uno（1个）
- 称重传感器模块（放大器HX711）（1个）
- H桥电机驱动器（1个）
- 电位器（2个）
- 中密度纤维板（五金店）
- 有机玻璃（五金店）
- 用于3D打印的PLA卷筒*
*如果三维打印机不可用，大部分打印件可以无论如何订购或加工。
步骤2：持有人设计
选择您需要制作的啤酒品牌做一个机器人。（经过简短的讨论后，我们决定与一个温和而非常有名的啤酒Jupiler和一个强烈的啤酒Duvel）。对不同的想法进行头脑风暴，以共同的设置为玻璃和瓶子设计合适的支架。（我们遵循scrum的方法来提出一些创新的设计，并用以下两个设计来完成）
持有人：
在Solidworks中设计了两个瓶子，并通过叠加一个或其他来比较两个瓶子。
概述了组合模型的边界，准备了一个壳，并与它们抵消一些。抓手需要被设计来抓住瓶子（我们的抓手通过将三根触手伸出平面而嵌入支架设计中）。
为支架制作一个合适的连接器，将其与执行器/马达连接起来（在我们的例子中，我们将连接器和支架合并在一起，因为我们用PLA来打印三维）
如果分别设计连接器和支架，最好使用两种不同的材料（最好是金属 - 聚合物组合）
玻璃持有人：
Duvel和Jupiler的眼镜也采用了类似的方法。玻璃可能不需要复杂的3D打印外壳，但需要一些东西来阻止其不需要的垂直运动。但是，与瓶架单元中的一样，玻璃架也需要连接器连接到执行器。（我们的玻璃支架的概念只是一个L支撑，用于将玻璃放置在两个通用的合适直径之间，然而，由于我们还需要设计一个连接器，因此我们决定在加工支架组件的其余部分时进行3D打印出有机玻璃）
注意：一般来说，可以使用任何两种不同的瓶子和一杯含酒精或不含酒精的饮料。
步骤3：框架设计和组件/材料选择
框架设计
一旦支架设计完成瓶和玻璃，继续框架设计。准备一个粗略的草图勾画了我们关于自动化啤酒倾倒的粗略想法。现在，自动浇注的一个重要因素是，正确固定轴线并确定瓶子和玻璃杯轴之间的精确距离，以便将啤酒精确地倒入玻璃杯中。但是为此，需要至少放置一个轴，然后通过反复试验重复另一个轴的位置。（在我们的例子中，我们固定了瓶子的轴线，并在其周围设计了一个装配体的框架，甚至可以固定玻璃轴并在其周围工作）。
最好将框架设计成两个部分。这将有助于更轻松的组装。（上半部分由有机玻璃制成，为了使啤酒倾倒得更好，下半部分由中纤板制成，上半部分是一个主要部分支撑啤酒浇注的所有结构部件，下半部分主要是上半部分的支撑，还包含电气和电子部件，并具有电池盒设置，上下半部之间的连接使用2个铰链，这种方式如果需要，我们可以很容易地访问电子。）
组件选择
为了完美地倒入啤酒，玻璃和瓶子同时进行受控运动。这可以通过在连接到电机的轴的帮助下旋转来完成。电机的选择需要通过计算旋转玻璃和瓶子所需的有效扭矩来完成。旋转编码器/电位器需要在闭环中用直流电来控制角度，如果不是伺服电机的话。（我们使用25千克*厘米扭矩的直流电动机在两个轴上连接一个闭环电位器）
与电机和轴一起，轴联轴器，轴承及其支架，电机，电机夹的良好支撑也需要设计/采购。（我们采购轴承和轴联轴器，3d印刷轴承座，底座支架，电机夹和电机支架，电位器支架和电位器支架）
步骤4：电路设计和传感器选择
这个项目所需的电气部分是：
- 1个Arduino UNO板;
- 2x直流电机（高转矩）; [ 电机 ]
- 1个H桥（L298N）; [ H桥 ]
- 1个适配器AC / DC 220V AC-12V DC;
- 1个称重传感器（0-10kg）; [ 称重传感器 ]
- 1x称重传感器放大器HX711; [ 称重传感器放大器 ]
- 2个电位计10kΩ;
- 1个液晶显示器（16x2）;
- 1x内部集成电路协议I2C;
- 1个按钮（开始按钮）;
- 1个开/关按钮;
- 不同颜色的电线。
旋转玻璃和瓶子所需的扭矩是非常高的，所以选择了两个高扭矩，低速度的电机，因为我们需要慢慢倒入啤酒。为了控制电机的速度和方向，H-Bridge连接到电机和Arduino。速度由Arduino的PWM引脚控制（使用“模拟写入（pin，speedValue）”功能）。由于电机电压是12V，我们使用AC / DC适配器，可以将电压从220V AC转换为12V DC。
（我们使用电位计对电机进行闭环，实际上，通过适当的计算，可以给出电机轴的角度位置。）
为了识别瓶子和玻璃杯的不同可能的组合，使用配备有能够检测小的重量变化的放大器（HX711）的称重传感器。每个重量对应于一个组合。根据所需的输出数量，情况可能会有所不同（总共我们考虑了6种组合，因为我们有2种不同的瓶子和2种不同的眼镜，第六种组合表示不同的情况，所有的情况在后面的基准。）
LCD配备协议I2C以节省引脚并使通信变得简单，显示了在整个过程中所遵循的所有指令。
最后，机器人配有一个按钮，可以启动循环。
步骤5：编码
为了使代码清晰，我们将其分为不同的部分。
第一部分：包含图书馆。这部分对简化代码非常重要。事实上，包括一些图书馆，我们可以使用现有的功能，而不是自己创建它们。我们使用传感器和液晶显示器的库，如下图所示：
第二部分：全局变量的声明。这些变量被用在所有的代码中。
第三部分：引脚声明。在这里，我们正确地设置连接在Arduino上的引脚。
第四部分：本部分致力于功能的创建
- 测量重量。它可以测量称重传感器上的重量。每当我们需要知道哪个瓶子和玻璃被固定在盒子里时，我们使用这个功能。
- 阅读角度。它允许实现电机的闭环。事实上，通过阅读和分析电位器给出的值，我们可以知道瓶子和玻璃的角位置。
- 运动。这包含执行电机旋转的两个功能。一个用于玻璃杯，另一个用于瓶子。
- 重置。在循环结束时使用它来重置程序并使其能够进行新的灌注。
第五部分 最后一部分是专用于主要代码。这里有设置和循环。
- 无效设置。这部分只在程序开始时执行一次。我们使用该设置来初始化所有引脚（INPUT或OUTPUT）和LCD。
- 无效循环。这部分是真正的程序，它在循环中执行不定时间（直到提供电源）。在这里，我们使用的功能“切换大小写”，根据称重传感器读取的重量，程序会执行不同的操作。例如，它在液晶显示屏上显示下一步要做的事情，如“插入Duvel瓶”。然后，如果外壳兼容，按下开始按钮，机器人开始倾倒。在几种情况下浇注是为了正确倒入啤酒。
最后，如果程序终止，我们可以通过按下开始按钮重新启动程序，循环再次开始。
步骤6：制造和装配
这个项目的制造主要可以分为两类
- 3D打印
对于3D打印，需要注意所选材料的收缩百分比，打印机的最大尺寸容量，材料的密度，打印温度，支撑的有效放置，以便在建筑物中正确地竖立所需的部件区。我们使用PLA材料在Ultimaker 2.0中进行了打印。
我们3d打印的部分如下，
- 瓶架（1个）
- 轴承座（2个）
- 电位器支架（2个）
- 电位器支持（2个）
- 电机座（4个）
- 电机夹（2个）
- 玻璃座连接器（1个）
- 电位器轴耦合器（2个）
2.加工：
这可以通过材料板的激光切割来完成，或者在较厚的木板或MDF的情况下通过切割机来完成。在装配过程中，一些偏移或不匹配可以通过研磨或锉削来解决，以减小直径或平滑部件的边缘。（我们通过激光切割完成了所有的有机玻璃切割，而MDF被切割机切割，钻孔机钻孔）。
通过激光切割完成的部件：
1）玻璃持有人
2）装配框架的上部
切割机完成的部件：
1）装配框架的下部
2）电机安装
注：制造时，最好将螺栓组装的零部件的孔尺寸标准化（我们是用M4螺栓和螺钉做的，CAD也是附在整个装配上供参考）。
步骤7：Bechmarking＆Trails
这是一个关键的阶段，因为在机器人上执行设计的代码需要很多时间。从两个品牌之一开始，一旦成功尝试在另一个品牌上实施。注意其他品牌的速度和旋转角度的变化，并尝试相对地改变它。
此外，如果您使用以下液体循环进行每个品牌的测试，以确保电子和物理安装的安全性，则是首选。
- 没有液体 - 3个周期
- 水 - 3个周期
- 啤酒 - 2个周期
在桌上，我们可以看到不同瓶子和眼镜之间的不同情况。因为瓶子和玻璃瓶的品牌是兼容的，所以只有箱子4和5倒入啤酒很好。该表格还显示了定义箱子的重量范围。
步骤8：结果
一旦用水测试结果良好，是时候用真正的啤酒尝试。不幸的是，这些结果并不是真的很重要。对于Jupiler，由于玻璃和瓶子的位置，我们无法得到适当的泡沫。主要的问题在于瓶子与玻璃的相对位置/角度不适合于正确倒出两种啤酒，因为玻璃和瓶子具有非常不同的形状。
设置在有机玻璃框架内的相对位置，使之后无法调整。缺乏时间不允许我们通过尝试和错误的真正的啤酒来调整位置。除了这个位置的调整，机器人是完美的（啤酒识别，电机控制，...）。
一旦位置问题得到解决，您就可以坐下来，让机器人为您辛苦工作，享受比利时啤酒！
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