Varžtų rūšiavimo mašina: 7 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Vieną dieną laboratorijoje („FabLab Moscow“) pamačiau, kad mano kolega užsiėmęs rūšiuoja visą dėžę varžtų, veržlių, žiedų ir kitos aparatūros. Sustojęs šalia jo, sekundę žiūrėjau ir pasakiau: „Tai būtų tobulas mašinos darbas“. Greitai peržiūrėjęs „Google“pamačiau, kad jau egzistuoja įvairios išradingos mechaninės sistemos, tačiau jos negalėjo išspręsti mūsų problemos, nes mūsų dėžutėje yra daugybė dalių. Padaryti ką nors visiškai mechaninio būtų gana sudėtinga. Kita gera priežastis rinktis „robotizuotesnę“sistemą buvo ta, kad tam reikės visų man patinkančių techninių sričių: mašininio matymo, robotų ginklų ir elektromechaninių pavarų!

Ši mašina parenka varžtus ir sudeda į skirtingas dėžes. Jį sudaro robotinė ranka, valdanti elektromagnetą, permatomas darbastalis virš žibintų ir kamera viršuje. Paskleidus ant darbastalio kai kuriuos varžtus ir veržles, įjungiamos lemputės ir padaryta nuotrauka. Algoritmas aptinka dalių formas ir grąžina jų pozicijas. Galiausiai ranka su elektromagnetu po vieną sudeda dalis į norimas dėžutes.

Šis projektas dar tik kuriamas, bet dabar aš gaunu gerų rezultatų, kuriais noriu pasidalinti su jumis.

1 žingsnis: įrankiai ir medžiagos

Įrankiai

• Lazerinis pjoviklis
• Kampinis šlifuoklis
• Pjūklas
• Atsuktuvas
• Spaustukai (kuo daugiau, tuo geriau)
• Karštas klijų pistoletas

Medžiaga

• Fanera 3 mm (1 m2)
• Fanera 6 mm (300 x 200 mm)
• Baltas permatomas plastikas 4 mm (500 x 250 mm)
• Kompiuteris (bandau pereiti prie aviečių pi)
• Interneto kamera („Logitech HD T20p“, kiekvienas turėtų dirbti)
• „Arduino“su 4 PWM išėjimais / analogWrite (trys servo ir elektromagneto ritė) (aš naudoju „ProTrinket 5V“)
• Prototipų lenta
• Elektroninis laidas (2 m)
• Perjungimo tranzistorius (bet kuris tranzistorius, galintis valdyti 2 W ritę) (turiu S8050)
• Diodas (Schottky yra geresnis)
• 2 rezistoriai (100Ω, 330Ω)
• Maitinimas 5V, 2A
• Servo mikro (plotis 13 ilgis 29 mm)
• 2 servo standartai (plotis 20 ilgis 38 mm)
• Medienos klijai
• 4 metaliniai kampai su varžtais (neprivaloma)
• Medinis strypas (30 x 20 x 2400)
• Karšti klijai
• Emaliuota varinė viela (0,2, 0,3 mm skersmens, 5 m) (senas transformatorius?)
• Minkštas lygintuvas (16 x 25 x4 mm)
• 3 lemputės su lizdu
• Jungties juosta (230V, 6 elementai)
• Elektros laidas su lizdu (230V) (2 m)
• Guolis 625ZZ (vidinis skersmuo 5 mm, išorinis skersmuo 16 mm, aukštis 5 mm)
• Guolis 608ZZ (vidinis skersmuo 8 mm, išorinis skersmuo 22 mm, aukštis 7 mm)
• Guolis rb-lyn-317 (vidinis skersmuo 3 mm, išorinis skersmuo 8 mm, aukštis 4 mm)
• Paskirstymo diržas GT2 (2 mm žingsnis, 6 mm pločio, 650 mm)
• Varžtas M5 x 35
• Varžtas M8 x 40
• 8 varžtai M3 x 15
• 4 varžtai M4 x 60
• 6 mediniai varžtai 2 x 8 mm
• Varžtas M3 x 10
• Relės plokštės modulis (tiesiogiai valdomas valdikliu)

2 žingsnis: sukurkite šviesos dėžutę

Šviesos dėžutę sudaro keturios pagrindinės dalys ir keletas petnešų. Atsisiųskite šias dalis ir klijuokite jas, išskyrus permatomą plastiką. Pradėjau nuo medinio pusės disko ir išlenktos sienos. Džiovinimo metu sieną reikia priveržti aplink diską. Pusinį diską ir išlenktą sienos pagrindą pritvirtinau spaustukais. Tada kai kuri juosta išlaiko sieną aplink pusę disko. Antra, priklijavau ratlankį, kad atlaikytų permatomą darbastalį. Galiausiai plokščia siena pridedama mediniais (vidiniais) ir metaliniais (išoriniais) dešiniais kraštais.

Kai dėžutė bus užpildyta, jums tereikia pridėti lemputes ir prijungti laidą ir lizdą su jungties juosta. Nupjaukite 230 V laidą ten, kur jums patogu, ir įdėkite relės modulį. Saugumo sumetimais relę (230V!) Uždėjau į medinę dėžę.

3 žingsnis: padarykite roboto ranką

Atsisiųskite dalis ir supjaustykite. Norėdami pritvirtinti diržą prie variklio, naudoju sąvaržėlių gabalus. Aš prikaliau dviejų dalių diržus prie variklio ir pridėjau šiek tiek klijų, kad įsitikinčiau, jog niekas nejuda.

Kad būtų išvengta užsikimšimo, stūmoklis turi būti nušlifuotas, kad būtų galima nukreipti vertikaliai vertikaliai. Jis turi sklandžiai slysti. Sumontavus aukštį galima reguliuoti, nukirpus norimą ilgį. Tačiau laikykite jį kuo ilgiau, kad išvengtumėte užrakinimo per centrą. Stūmoklis yra tiesiog priklijuotas prie rankos dėžutės.

Guoliai yra uždėti skriemulių viduje. Vienas skriemulys pagamintas iš dviejų faneros sluoksnių. Šie du sluoksniai nebūtinai liečiasi vienas su kitu, todėl užuot juos klijuodami, priklijuokite prie atitinkamos rankos plokštės. Viršutinės ir apatinės svirties plokštės prižiūrimos keturiais M3 x 15 varžtais ir veržlėmis. Pirmoji ašis (didelė) yra tiesiog M8 x 40 varžtas, o antroji (mažoji) - M5 x 35 varžtas. Naudokite veržles kaip rankenų dalių tarpiklius ir spinteles.

4 žingsnis: sukurkite elektromagnetą

Elektromagnetas yra tiesiog minkšta geležinė šerdis su emaliuota vielos kopija. Minkšta geležinė šerdis nukreipia magnetinį lauką norimoje vietoje. Srovė emaliuotame vielos kopijuoklyje sukuria šį magnetinį lauką (jis yra proporcingas). Be to, kuo daugiau posūkių, tuo daugiau magnetinio lauko turite. Aš suprojektavau U formos lygintuvą, kad sutelktų magnetinį lauką šalia užfiksuotų varžtų ir padidintų suspaudimo jėgą.

Supjaustykite U formą į minkštos geležies gabalą (aukštis: 25 mm, plotis: 15 mm, geležies skerspjūvis: 5 x 4 mm). Prieš vyniojant laidą aplink U formos lygintuvą, labai svarbu pašalinti aštrius kraštus. Būkite atsargūs ir laikykitės tos pačios vyniojimo krypties (ypač kai šokate į kitą pusę, turite pakeisti sukimosi kryptį savo požiūriu, tačiau laikykitės tos pačios krypties iš U formos geležies) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Prieš šakodami ritę prie grandinės, multimetru patikrinkite ritės varžą ir apskaičiuokite srovę pagal Omo dėsnį (U = RI). Mano ritė turi daugiau nei 200 apsisukimų. Siūlau vėti tol, kol U formos viduje lieka tik 2 mm vietos.

Buvo pagamintas medinis laikiklis, o U formos lygintuvas pritvirtintas karštais klijais. Du plyšiai leidžia pritvirtinti laidą abiejuose galuose. Galiausiai ant medinio laikiklio prikaltos dvi smeigtukai. Jie jungia emaliuotą „Cooper“laidą ir elektroninį laidą. Kad nesugadintumėte ritės, aplink ritę pridėjau karštų klijų sluoksnį. Paskutiniame paveikslėlyje galite stebėti medinę dalį, kuri uždaro U formos lygintuvą. Jo funkcija yra neleisti varžtams įstrigti U formos lygintuvo viduje.

Emaliuota vielos kopija buvo paimta iš sugedusio transformatoriaus. Jei tai padarysite, patikrinkite, ar laidas nėra nutrūkęs, ar naudojamoje dalyje nėra trumpojo jungimo. Nuimkite juostą nuo feromagnetinės šerdies. Pjaustytuvu po vieną nuimkite visas geležies skilteles. Tada nuimkite juostą ant ritės ir galiausiai išvyniokite emaliuotą vielos kupolą. Naudota antrinė apvija (didelio skersmens ritė) (transformatoriaus įėjimas 230V, išėjimas 5V-1A).

5 žingsnis: sukurkite grandinę

Ant prototipų plokštės aš sukūriau aukščiau pateiktą schemą. Elektromagneto ritės perjungimui buvo naudojamas bipolinis tranzistorius (S8050). Patikrinkite, ar jūsų tranzistorius gali valdyti srovę, apskaičiuotą ankstesniame žingsnyje. Šioje situacijoje turbūt labiau tinka MOSFET, bet pasiėmiau tai, ką turėjau po ranka (ir norėjau mažo atsparumo). Pritaikykite du rezistorius prie savo tranzistoriaus.

Aukščiau esančioje schemoje VCC ir GND piktograma yra prijungtos prie mano maitinimo šaltinio + ir -. Servo varikliai turi tris laidus: signalą, VCC ir GND. Prie valdiklio prijungtas tik signalo laidas, kiti prijungti prie maitinimo šaltinio. Valdiklis maitinamas programuotojo kabeliu.

6 žingsnis: Kodas

Paskutinis, bet ne mažiau svarbus: kodas. Jį rasite čia:

Yra viena programa valdikliui (arduino tipo) ir kita, kuri veikia kompiuteryje (tikiuosi, netrukus aviečių). Valdiklio kodas yra atsakingas už trajektorijos planavimą, o kompiuteryje esantis apdoroja vaizdą ir siunčia gautą poziciją valdikliui. Vaizdo apdorojimas pagrįstas „OpenCV“.

Kompiuterio programa

Programa fotografuoja naudodami internetinę kamerą ir šviesas, aptinka permatomą darbastalio centrą ir spindulį bei pataiso galimą vaizdo pasukimą. Iš šių verčių programa apskaičiuoja roboto padėtį (mes žinome roboto padėtį pagal plokštelę). Programa naudoja „OpenCV“blob detektoriaus funkciją, kad aptiktų varžtus ir varžtus. Įvairių tipų dėmės filtruojamos pagal galimus parametrus (plotą, spalvą, apskritimą, išgaubtumą, inerciją), kad būtų galima pasirinkti norimą komponentą. „Blob“detektoriaus rezultatas yra pasirinktų dėmių padėtis (taškais). Tada funkcija paverčia šias pikselių pozicijas į milimetrų pozicijas rankos koordinačių sistemoje (stačiakampė). Kita funkcija apskaičiuoja reikiamą kiekvienos rankos jungties padėtį, kad elektromagnetas būtų norimoje padėtyje. Rezultatas susideda iš trijų kampų, kurie galiausiai siunčiami valdikliui.

Valdiklio programa

Ši programa gauna sujungimo kampus ir perkelia rankos dalis, kad pasiektų šiuos kampus. Pirmiausia jis apskaičiuoja didžiausią kiekvieno sujungimo greitį, kad judėjimas būtų atliktas per tą patį laiko tarpą. Tada ji tikrina, ar šis didžiausias greitis kada nors buvo pasiektas, šiuo atveju judėjimas vyks trimis etapais: pagreitis, pastovus greitis ir lėtėjimas. Jei maksimalus greitis nepasiekiamas, judėjimas vyks tik dviem etapais: pagreitis ir lėtėjimas. Taip pat apskaičiuojami momentai, kuriais jis turi pereiti iš vienos fazės į kitą. Galiausiai judėjimas vykdomas: reguliariais intervalais apskaičiuojami ir siunčiami nauji tikrieji kampai. Jei atėjo laikas pereiti prie lizdo fazės, vykdymas tęsiamas kitame etape.

7 žingsnis: paskutiniai prisilietimai

Rėmas

Pridėtas rėmelis fotoaparatui laikyti. Aš pasirinkau jį gaminti iš medžio, nes jis yra pigus, lengvai naudojamas, lengvai randamas, draugiškas aplinkai, malonus formuoti ir išlieka tokio stiliaus, kokiu pradėjau. Atlikite vaizdo testą su fotoaparatu, kad nuspręstumėte, kokio aukščio reikia. Taip pat įsitikinkite, kad jis yra standus ir fiksuotas, nes pastebėjau, kad gauta padėtis yra labai jautri bet kokiems fotoaparato judesiams (bent jau prieš pridėjus darbinio stalo automatinio aptikimo funkciją). Fotoaparatas turi būti darbo stalo centre, o mano atveju - 520 mm nuo permatomo balto paviršiaus.

Dėžutės

Kaip matote paveikslėlyje, kilnojamosios dėžės yra ant plokščios darbo stalo dalies. Galite pagaminti tiek langelių, kiek reikia, bet su mano faktine sąranka erdvė yra gana ribota. Vis dėlto turiu idėjų, kaip pagerinti šį aspektą (plg. Būsimus patobulinimus).

Būsimi patobulinimai

• Šiuo metu paskirstymo diržas uždarytas medine dalimi, tačiau šis sprendimas riboja rankos pasiekiamą plotą. Turiu pridėti daugiau vietos tarp didžiojo servo ir rankos ašies arba padaryti mažesnę uždarymo sistemą.
• Dėžutės yra išilgai plokščio darbastalio krašto, jei padėčiau jį išilgai pusės apskritimo krašto, turėčiau daug daugiau vietos pridėti dėžes ir rūšiuoti daugelį komponentų tipų.
• Dabar blobų aptikimo filtro pakanka dalims rūšiuoti, bet kadangi noriu padidinti dėžių skaičių, man reikės padidinti selektyvumą. Dėl šios priežasties išbandysiu įvairius atpažinimo metodus.
• Dabar mano naudojami servovarikliai neturi pakankamai nuotolio, kad pasiektų visą pusės disko darbinį stalą. Turiu pakeisti servo servus arba sumažinti reduktorių tarp skirtingų skriemulių.
• Kai kurios problemos kyla gana dažnai, todėl prioritetas yra pagerinti patikimumą. Tam turiu klasifikuoti problemų tipą ir sutelkti dėmesį į labiau tikėtiną. Tai jau padariau su mažu medžio gabalu, kuris uždaro U formos lygintuvą ir automatinio aptikimo centro algoritmą, tačiau dabar problemos tampa sudėtingesnės.
• Padarykite valdiklio ir elektroninės grandinės PCB.
• Perkelkite kodą į „Raspberry pi“, kad gautumėte atskirą stotį

Antrasis prizas organizacijos konkurse