菜单这是Recyclebot v2.2的全自动版本，具有许多改进的功能。其中一些功能是：
- 可以从键盘界面选择塑料类型，控制器自动更新塑料的挤出温度。
- 对于任何类型的可熔化和挤出的塑料，挤出温度也可以通过键盘界面输入。
- LCD 界面可实现更好的过程监控。
- 在达到挤出温度之前不进行挤出 - 由微控制器自动控制，带（手动选项）。
- 使用 Triac 和 MOSFET 的低成本电源控制选项。
更多信息：Christian Baechler、Matthew DeVuono 和 Joshua M. Pearce，“将废弃聚合物分布式回收为 RepRap 原料”《快速原型制作杂志》， 19 (2)，第 118-125 页 (2013)。开放获取
内容
零件清单
主要机械部件是在机械车间制造的 - 其详细信息可以在http://www.thingiverse.com/thing:12948上找到
RecycleBot 的电子元件如下。
功率计算
第一步是选择熔化和挤出塑料所需的功率。对于RecycleBot v2.2和 Recyclebot v2.3，根据挤出速度、挤出机尺寸和要求选择了 440 W 的最大功率水平 (Pmax)。需要注意的是，虽然Pmax选择为440W，但这个功率水平几乎没有被使用；由于这个水平足以几乎瞬间达到 500°C 的温度，因此必须使用非常可靠的功率控制系统，以便系统保持在有限的范围内。在这个最大功率水平下，几乎所有类型的塑料都会瞬间蒸发。该系统设计为在远低于 350°C 的最高温度下运行，该温度可通过键盘接口馈送或选择。
变量和常量
- Pmax：最大功率
- n：加热管段匝数
- d：加热管段外径
- Ω'：镍铬丝单位长度的电阻
- r：镍铬丝电阻
- L：镍铬丝长度
- V：用于为加热元件（镍铬合金）供电的电位差 = 110 V
- I：流过加热元件（镍铬合金）的电流
磷=V。我{\displaystyle P=VI}
⇒我=磷/V{\displaystyle \Rightarrow I=P/V}
磷=我2.r{\displaystyle P=I2.r}
⇒r=磷/我2{\displaystyle \Rightarrow r=P/I2}
r=Ω′。L{\displaystyle r=\Omega '.L}
⇒L=r/Ω′{\displaystyle \Rightarrow L=r/\Omega '}
镍铬合金的长度按上述程序计算。镍铬合金有两种类型：裸露和绝缘。如果使用绝缘镍铬合金，请确保镍铬合金在整个长度上与管道的金属加热部分接触，否则即使镍铬合金和金属界面之间存在微小的气隙，也会引发局部高温，镍铬合金将开始冒烟。因此，最好使用带有绝缘陶瓷珠的裸镍铬合金线，如下图所示。这使我们能够使用更高的功率和更高的温度运行。镍铬合金的规格根据所需的长度、电流和加热功率要求来选择。为此，可以使用 18-26 AWG 镍铬合金。对于基于低电压和高电流的控制，建议使用厚镍铬合金；对于基于高电压 (AC) 和低电流的控制，建议使用薄镍铬合金，因为它具有较高的 Ω' 值。
对于此 RecycleBot，将 26 AWG 镍铬合金与陶瓷珠一起使用，以获得约 350°C 的最高温度。镍铬合金的长度约为 10 英尺，电阻为 2.67 欧姆/英尺。
加热段/熔化区
由于加热器是最重要的部分，因此必须精确设计和制造才能获得更好的结果，因为几度的温度变化可能会导致挤出塑料的机械性能不同。加热部分的另一个重要标准是创造均匀的加热环境，使整个机筒的温度保持几乎恒定，从而使挤出的塑料均匀。为此，采用高温陶瓷珠对裸露的镍铬合金丝进行绝缘，从而实现与铁筒的电气隔离，采用该方案的优点是与周围环境具有良好的隔热性，并将热量有效地传递到铁筒。铁桶作为陶瓷珠的底面紧密地靠在金属上，顶面与空气绝缘，然后空气也绝缘。
加热器部分的制作步骤
- 清洁筒体，然后用锉刀将顶面打磨粗糙。
- 再次清洁表面并清除任何残留的金属碎片和灰尘。
- 切割所需长度的镍铬合金线并将其拉直并将末端钩到夹子上。
- 小心地将陶瓷珠一颗一颗插入镍铬合金线上，直至整根导线完全被陶瓷珠覆盖。
- 取出炉水泥，将铁桶整个表面覆盖起来，需要确保整个表面完全被炉水泥覆盖，因为任何裸露的金属都有可能与裸露的镍铬合金短路，从而升高。触电（并损坏电源）的可能性。
- 轻轻地将镍铬合金线放在枪管上，然后慢慢盖住枪管，就像用镍铬合金线制作线圈一样。
- 将镍铬合金的两个自由端紧紧地固定在夹具上，并涂上炉水泥覆盖陶瓷珠的整个表面，它应该看起来像画廊中给出的图片。再次强调，炉水泥必须涂遍整个陶瓷珠的整个表面，以便牢固地粘附在下面的金属上，并且还应该形成电绝缘层，使裸露的镍铬合金不应与任何地方的金属接触。 。
- 让其干燥至少 24 小时。
- 用鳄鱼夹连接两个自由端以给加热器供电。
安全注意事项使用炉水泥时应戴手套，因其性质呈碱性，长时间暴露会伤害人体并损伤皮肤，若皮肤不慎接触到炉水泥，请立即用流水冲洗。如果您可以使用通风柜，建议您在通风柜中执行此操作。
绝缘陶瓷珠
电绝缘、隔热用高炉水泥
镍铬合金加热器部分盘绕并包裹在铁桶上
整个表面均采用炉体的加热器部分
温度监测和过程控制
以有效的方式控制塑料回收和挤出的温度和其他相关过程并同时降低成本是 RecycleBot 开发（尤其是家庭应用）的关键挑战。为了促进RecycleBot的开放可持续性，整个控制系统被设计为在Arduino上工作，Arduino是一个非常流行的基于开源微控制器的应用开发平台。Arduino 易于使用和编程，具有出色的用户社区支持，是一个低成本的快速原型开发平台，非常适合实现 RecycleBot 的控制系统。Arduino Mega 用于设计和实现该系统，具有足够的输入/输出引脚用于连接 LCD、键盘和其他组件。
整个过程分为两部分
- 输入模式
- 控制方式
输入模式
该过程从用户输入塑料选择或挤出温度开始。通过 10 种不同类型的塑料选项，用户可以选择要回收的所需塑料类型，程序会自动加载该特定类型塑料的最佳操作/挤出温度范围。或者，用户也可以输入任何类型的塑料的挤出温度，该温度可以在 350 o C 以下运行。设定挤出温度后，程序会要求用户确认温度，一旦设定温度，程序就会进入控制模式。
控制方式
在控制模式下，微控制器将温度作为输入，并相应地调整加热器的输出功率，使温度保持在设定的范围内，即高于和低于设定挤出温度15℃ 。该系统的设计方式是，如果系统温度以任何方式超过设定的挤出温度，加热器的电源将完全切断，直到系统温度达到设定的界限范围内。此外，当温度在设定范围内时，挤出过程开始，即电机开始将切碎的塑料从料斗喂入加热器，卷轴步进电机也启动，将细丝和线圈卷绕在线轴上。如果温度低于挤出温度 15 ° C，程序将停止进料器电机和绕线器电机，以确保耗材质量保持不变，并且一旦系统温度达到设定的运行范围，两者都会停止工作。送料器和绕线器电机恢复工作。
程序代码
RecycleBot 的代码由Ankit Vora在 Arduino IDE 上使用 C 语言编写，使用键盘、LCD 和步进电机库。为了在 Arduino Mega 上复制 RecycleBot 代码，首先，必须将所有库复制到 Arduino 文件夹的正确目标中，以便 Arduino 编译器可以将它们与程序代码一起编译。在Arduino开发平台上已经包含了LCD库，但是在编译代码之前需要注册键盘和步进电机库。
在 Arduino Mega 上复制、编译和上传程序代码的步骤
- 下载库，解压并将每个文件夹精确复制到文件夹中：arduino-1.0\libraries\
（如果您使用的是新版本的Arduino，则将所有库复制到该文件夹中，无论如何，Arduino开发平台的文件夹将具有文件夹“libraries”，并且每个使用的库都必须复制到该文件夹中。
- 运行 Arduino 开发平台，转到“草图”选项卡，然后转到“导入库...”部分，您应该在列表中找到键盘和 AFMotor。如果它们出现，则意味着我们已准备好并准备好使用该代码。
- 下载 RecycleBot 和假脱机程序的代码。将 RecycleBot 代码复制到 Arduino IDE 中或使用 Arduino 打开文件，然后从开发板列表中选择 Arduino Mega 并上传。RecycleBot 代码现在已准备好执行。对于假脱机程序，从文件中复制代码或使用 Arduino 打开假脱机程序代码文件，选择 Arduino Uno 作为板并上传，假脱机程序就可以正常工作了。
程序代码链接[1]
如果您找不到文件或损坏的链接，请向我发送电子邮件至 avora#mtu.edu（将 # 替换为 @，反垃圾邮件）
回收机器人电路
下载电路图并在两个独立的 PCB 上进行制造，以获得更好的可靠性。可以使用面包板，但使用面包板有时会因悬挂电线而产生可靠性问题，特别是当我们使用高功率控制元件与低功率直流控制和监控组件时，最好在通用 PCB 上制作电路，以实现快速原型设计。建议将温度传感器和测量电路制作在一块 PCB 上，将直流电机和加热器控制器制作在另一块 PCB 上。温度传感器电路很小，工作在 +5 V 的低电压下，需要对交流组件进行良好的隔离，并且必须在单独的 PCB 上制造，如图片库所示。而直流电机控制和加热器控制器的电路同时使用+5V、+12V和110V交流电，因此必须与Arduino等低压直流组件很好地隔离，这样瞬变、尖峰不会影响工作。温度和过程控制，因此它也必须在单独的 PCB 上制造。加热器功率控制器采用优质铜线，使其能够承受高功率和温度。
电源电路
基于热电偶的温度传感器
基于Arduino Mega 2560的控制系统
加热器和电机控制器
假脱机控制器
电路如何工作
RecycleBot v.2.3 是全自动过程控制系统，具有易于操作的输入/输出接口。
输入组件构成
- 键盘
- 温度感应器
输出组件构成
- 液晶显示屏
- 电机控制器MOSFET
- 双向可控硅控制
- 假脱机程序
Arduino 启动后所做的第一件事是显示欢迎消息。之后，它进入 while 循环，只要用户没有从键盘输入有效的“1”或“2”选择，它就会停留在那里。从键盘选择“1”将使程序检查条件语句“1”是否等于选择塑料，类似地从键盘选择“2”将使程序检查条件语句“1”是否等于选择塑料。 2'等于进料温度。在上述任何一种情况下，程序都会根据之前所做的选择，中断循环并进入下一个循环。
如果用户输入“1”，那么它将再次进入 while 循环并停留在那里，直到用户不在 0~9 之间做出塑料选择的选择。选择塑料后，程序显示塑料类型和设定温度，并要求用户按“#”键确认，由条件 if else 语句检查。如果发现条件为真，则 while 循环被破坏，它进入过程控制循环并一直停留在那里直到结束。
类似地，对于选择“2”，程序进入 while 循环并停留在那里，直到输入有效输入，在本例中，温度低于 350 o C。如果用户按“*”，则先前的温度输入将被清除从变量中获取新的温度输入，只要它低于 350 o C。之后程序进入条件检查模式并等待用户，直到他通过按“#”键确认温度。一旦按下“#”键，循环就会中断，程序就会进入过程控制循环，并一直保持到最后，直到有人按下 Arduino 板上的主重置按钮。
在过程控制环路中，程序保持在一个环路中，持续监控温度，温度由 AD 595（热电偶放大器）馈送到 Arduino 的 ADC 输入。Arduino 将该模拟值转换为数字等效值，并通过适当乘以一个系数进一步转换为摄氏度。读取温度后，Arduino 进入条件语句比较模式，比较后续章节中解释的各种操作条件，并在此基础上控制加热器的功率。部分PWM模式用于控制加热器功率，但直流电机仅由Arduino控制开/关，电机速度由线性调节器控制，其值随电位器阻值变化，手动控制。通过改变电位器的值，输出电压就会改变，直流电机相应的功率也会改变。假脱机程序是一个简单的变速步进电机驱动器，由另一个 Arduino 板控制，并与托管 RecycleBot 过程控制的 Arduino Mega 同步。每当直流馈电电机打开/关闭时，步进电机也会执行相同的操作，不同之处在于它由不同的 Arduino 控制。过程控制中的这一步骤会无限重复，并通过编程将机筒温度保持在设定温度范围内，即高于和低于设定值15 ° C。有时可能会出现系统温度超过设定温度的情况，但在这种情况下，程序会根据操作条件自行调整，使料筒温度在短时间内降至设定范围内。
如何组装（电气元件）
按照上一节中的电路图连接 PCB。
电路完成后需要进行封装（特别是直流电机控制器和交流电源控制）以提高安全性。我们的原型中使用的低成本解决方案是废弃的计算机 ATX SMPS 电源。
- 首先拆开电源，从里面取出电源PCB。
- 现在在加热器控制 PCB 上钻 4 个孔（如果还没有用于安装目的），并在 ATX 电源金属外壳的底部钻 4 个孔，与 PCB 上的安装孔正确对齐。
- 然后将 PCB 安装在机柜中，将 SMPS 电源的排气扇连接到 PCB 上给出的风扇连接器上，或者将正确极性的电线连接到给定的 +12V 电源连接器上。排风扇有助于冷却MOSFET和线性稳压器，使温度保持在工作温度范围内。
- 然后在机柜顶面钻一个孔，插入安装直流电机调速器电位器。
- 按照下面的图片库所示安装三端双向可控硅开关元件。
- 将输入和输出线从 ATX 电源的圆形开口中取出，并将它们连接到各自的元件，如加热器、电机、交流电源插座等。
- 应将热电偶放置在加热器筒法兰和挤出模具之间，并用 Kapton 胶带将其完全覆盖，使其与背景蒸汽和电噪声完全隔离，如下图所示。
电路组装完毕后，就可以测试一切是否按设计和预期工作。线轴机构将放置在步进电机上方，以用挤压塑料制成线轴。
废弃的 ATX 电源，拆下 SMPS PCB，并用 Kapton 胶带对底座进行绝缘。
加热器和电机控制器 PCB 安装在机柜内。排气扇已连接至电源。
最后组装完成，顶部有电位器来控制电机速度。
带有电气连接和触点的最终组装。
带有电气连接和触点的最终组装。
简单的假脱机机制。
最终的完整组装准备在干净的通风柜中进行测试
绝缘细节
如何组装（机械部件）
机械装配说明和零件图纸可以在下面给出的链接中找到。需要注意的是，MOST中 RecycleBot 各个版本的演变过程中，底层机械部件是相同的，而电气部件则不断升级以获得更好的性能。
如何测试
RecycleBot 易于测试和使用。组装完成后，将电源插头连接到交流电源插座，您应该在 LCD 上看到一条欢迎消息，温度传感器板和 Arduino Mega 板上的电源 LED 应该亮起，指示电路中的电源。欢迎消息后，您将被要求选择用于挤出的塑料或输入挤出温度。选择挤出温度后，您会发现LCD显示系统温度和设定温度。TheRecycleBot 应遵循以下逻辑。
- 如果系统温度低于设定温度 - 15 o C，挤出将不会开始，加热器将全功率开启。
- 如果系统温度高于设定温度 - 15 o C，但低于设定温度，则挤出将继续，加热器将打开，同时降低输入功率以将温度控制在限制范围内。假脱机程序也由电机启动。
- 如果系统温度高于设定温度但低于设定温度 + 15 o C，则挤出将继续，加热器将打开，输入功率进一步降低和控制，以将温度保持在限制范围内。只要电机旋转，卷轴器就会继续缠绕灯丝。
- 如果系统温度高于设定温度 + 15 o C，则挤出将继续，并且加热器将完全切断以将温度保持在限制范围内。只要电机旋转，卷轴器就会继续缠绕灯丝。
如果 RecycleBot 的工作方式与上述算法不同，则需要对其进行故障排除。一般来说，代码不太可能无法按照上述算法工作，因为它已经过充分的测试。潜在错误的主要来源可能是温度传感器故障、温度读数错误、连接松动，尤其是加热器功率控制器和直流电机控制器的连接松动。
当电路通电时，电源 LED 亮起。
屏幕打开后出现欢迎屏幕 1。
欢迎屏幕后出现贡献者屏幕。
出现第一个选项屏幕，用户需要输入 1 或 2。
当用户在上一个选项中按 1 时，会出现此选项屏幕，用户需要根据塑料类型按 0 到 9 之间的任意键。
用户选择塑料类型后，需要按“#”确认选择。
确认选择后，流程开始。
过程一开始，系统温度就会迅速升高。
一旦过程开始，系统温度就会进一步迅速升高。
系统温度达到挤出温度范围，开始挤出。
一旦系统温度达到挤出温度范围，直流进给电机就会启动。
一旦系统温度达到挤出温度范围，假脱机就会启动。
用于回收和挤压的碎塑料。
当用户第一次按 2 时，会出现此选项屏幕，手动输入挤出温度。
用户输入温度。
Arduino要求用户确认挤压温度。
用户输入高于最高温度的温度。
当输入的温度高于最高温度时，Arduino 给出“溢出”错误。
出现第一个选项屏幕，用户需要输入 1 或 2。
灯丝从模具中出来，现在可以缠绕了。
如何使用
使用 RecycleBot 的步骤
- 一旦电源流入电路，就会显示一条欢迎消息，并且控制器会要求用户输入选择，以选择要挤出的塑料类型或输入温度。如果要选择塑料，请输入 1，或者如果要输入温度，请按键盘上的 2。
- 如果你想选择一种塑料，那么你有10种不同的塑料可供选择，只需根据选择的塑料按0~9，RecycleBot就会自动加载挤出温度。选择完成后，Arduino 将要求确认温度，此时按键盘上的“#”，该过程将开始。
- 如果要输入挤出温度，然后从键盘输入，需要保证温度低于350 o C，否则不会接受，并会出现溢出消息，并要求用户再次输入温度。如果在任何时候想要清除输入的温度，只需按“*”按钮即可再次输入温度。如果输入温度低于 100 o C，还要在数字前添加“0”。Arduino 只接受三位数的温度，即如果你想输入 50 o C，那么你必须输入 050。同样，输入温度后，Arduino 会要求确认温度，此时按 '# ' 从键盘上，该过程将开始。
- 现在你必须等到灯丝从模具中出来，当它出来时，拿一把尖嘴钳，缓慢地轻轻拉动它，然后将其放在绕线机上。假脱机的速度可以通过为此提供的电位计进行调节。细丝的粗细可以通过温度和绕线机的速度来调节。
故障排除
热电偶的清洁和保养
温度的精确测量是整个过程最重要的输入控制参数。研究发现，由于挤出过程中聚合物的汽化和毛细管作用，聚合物会粘在热电偶上（在聚酰亚胺胶带上），影响温度的精确测量。这个问题可以通过拆开前挤出模具，然后取下热电偶来轻松解决。现在，在取下覆盖在热电偶上的小卡普顿胶带后，可以用刀片轻松清洁热电偶。清洁后，再次将一小条聚酰亚胺胶带放在热电偶上，覆盖并绝缘整个热电偶，然后像以前一样将其放置在机筒法兰和挤出模具之间。应定期进行热电偶清洁和保养操作，以确保相同的灯丝质量。
拆卸加热部分和螺旋钻
有时需要拆卸加热器，还需要取出螺旋钻进行清洁。这并不容易，特别是当有一些聚合物残留并且已经固化并堵塞加热桶中的螺旋钻时。在这种情况下，建议使用带式加热器，这种加热器价格便宜，并且可以非常有效地用于熔化和蒸发剩余的聚合物。带式加热器具有非常高的温度密度，可以轻松蒸发聚合物。任何直径超过一英寸且加热功率超过 500 W 的带式加热器都足以解决该目的。只需沿着料筒轴线放置并缓慢移动带式加热器，即可加热料筒和进料管。短时间内，聚合物就会蒸发。待剩余的聚合物全部蒸发后，让机筒冷却至室温，然后即可拆卸系统并轻松取出螺旋钻。
螺旋钻挤压后卡住怎么办？
挤出过程结束后（当 RecycleBot 关闭时），一些聚合物碎片很可能会出现在管道的螺旋钻和加热部分内，这些聚合物碎片在达到室温时已经固化。在这种情况下，当RecyclebBot再次运行时，有可能螺旋钻不旋转，将料斗内的碎塑料推向加热部分，那么该怎么办？在这种情况下，可以根据以下提到的情况来完成：
- 情况1：如果下一个挤出周期使用相同的聚合物 - 在这种情况下，前面的聚合物将在设定温度下自动熔化，并且一旦加热部分内的温度达到驻留聚合物的熔化温度，螺旋钻将开始自行旋转。
- 情况2：如果下一个挤出周期使用不同的更高熔化温度的聚合物--在这种情况下，当加热部分内的温度达到剩余聚合物的熔化温度时，前一个聚合物将熔化，并且螺旋钻也将开始自行旋转，但是，在将当前聚合物挤出并卷绕在线轴上之前，需要除去前面的聚合物。这可以通过添加一些当前使用的聚合物的碎片来完成，这会将先前的聚合物推出挤出机，但其中也将含有当前的聚合物，因此一些碎片将被浪费以去除先前的聚合物。混合聚合物充分挤出后，可以通过观察长丝来判断，当长丝相对不含先前的聚合物杂质时，可以将其剪断并使用新的长丝进行缠绕。
- 情况 3：如果下一个挤出周期使用不同的熔融温度较低的聚合物 - 在这种情况下，可以重复情况 2 的过程，但是如果前面的聚合物表现不佳，则可以将挤出温度设置为最高温度可以添加目前使用的聚合物碎屑，以迫使前面的聚合物出来，或者可以打开加热部分并用圆锉刀进行清洁。之后，组装加热部分并在没有任何聚合物进料的情况下在最高温度下运行 RecycleBot，这将熔化并蒸发前面的聚合物。
未来的工作——让一切变得更好
使用更少的组件——降低复杂性——降低成本
- 让它更小 - 机械面过大 - 底座基本上是不必要的
- 一项重大改进涉及削减假脱机程序的第二个微控制器。假脱机程序由另一个 Arduino (Uno) 控制，而不是由 Arduino Mega 控制。这两个库（即 Arduino 电机扩展板、LCD 或键盘）都使用一些相同的“定时器寄存器”，这些寄存器负责为各种进程和命令生成准确的定时周期，因此当我们同时使用这两个库时，它会崩溃运行几秒钟。我们在 Mega 本身上还留有很多引脚。我们可以做或本来可以做的是通过Arduino Mega本身生成定时周期，然后通过它来控制步进电机。这将是一种更便宜的构建方法，但我们还需要两个芯片和四个功率晶体管，因此采用快速选项，而不是再次设计和编写新添加的代码。
一些有用的参考资料和外部链接
- 用于重新测量的热电偶传感器
- Arduino 键盘教程
- Arduino电机护罩
- 废塑料挤出机（参见参考部分和外部链接）
- 非常简单的回收机器人
- 废塑料挤出机文献综述
- Power Jack Motion：专业运动控制解决方案
