Kruvide sorteerimismasin: 7 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Ühel päeval laboris (FabLab Moskva) nägin oma kolleegi, kes oli hõivatud täiskarbi kruvide, mutrite, rõngaste ja muu riistvara sorteerimisega. Tema kõrval peatudes vaatasin sekundit ja ütlesin: "See oleks masina jaoks ideaalne töö." Pärast kiiret googeldamist nägin, et erinevad leidlikud mehaanilised süsteemid olid juba olemas, kuid need ei suutnud meie probleemi lahendada, kuna meie kastis on lai valik erinevaid osi. Puhtalt mehaanilise asja tegemine oleks üsna keeruline. Teine hea põhjus minna "robotlikuma" süsteemi juurde oli see, et see nõuaks kõiki mulle meeldivaid tehnilisi valdkondi: masinnägemist, robotkäsi ja elektromehaanilisi ajameid!

See masin valib kruvid ja asetab need erinevatesse kastidesse. See koosneb robotkäest, mis tegeleb elektromagnetiga, poolläbipaistvast töölauast tulede kohal ja kaamerast ülaosas. Pärast kruvide ja mutrite töölauale laotamist lülitatakse tuled sisse ja tehakse pilt. Algoritm tuvastab osade kujud ja tagastab nende positsioonid. Lõpuks asetab elektromagnetiga õlg osad ükshaaval soovitud kastidesse.

See projekt on alles väljatöötamisel, kuid nüüd saan korralikke tulemusi, mida tahan teiega jagada.

Samm: tööriistad ja materjal

Tööriistad

• Laserlõikur
• Nurklihvija
• Saag
• Kruvikeeraja
• Klambrid (mida rohkem, seda parem)
• Kuum liimipüstol

Materjal

• Vineer 3mm (1 m2)
• Vineer 6mm (300 x 200 mm)
• Valge poolläbipaistev plastik 4 mm (500 x 250 mm)
• Arvuti (proovin vaarika pi -le üle minna)
• Veebikaamera (Logitech HD T20p, igaüks peaks töötama)
• Arduino 4 PWM väljundiga / analogWrite (kolm servot ja elektromagneti mähis) (kasutan ProTrinket 5V)
• Prototüüpimislaud
• Elektrooniline traat (2 m)
• Lülitustransistor (mis tahes transistor, mis suudab juhtida 2W mähist) (mul on S8050)
• Diood (Schottky on parem)
• 2 takisti (100Ω, 330Ω)
• Toide 5V, 2A
• Servo mikro (laius 13 pikkus 29 mm)
• 2 servot standard (laius 20 pikkus 38 mm)
• Puiduliim
• 4 metallnurka kruvidega (valikuline)
• Puidust varras (30 x 20 x 2400)
• Kuum liim
• Emailitud vasktraat (läbimõõt 0,2, 0,3 mm, 5 m) (vana trafo?)
• Pehme triikraud (16 x 25 x4 mm)
• 3 lambipirni pistikupesaga
• Pistikuriba (230V, 6 elementi)
• Elektrijuhe pistikupesaga (230V) (2 m)
• Laager 625ZZ (siseläbimõõt 5 mm, välisläbimõõt 16 mm, kõrgus 5 mm)
• Laager 608ZZ (siseläbimõõt 8 mm, välisläbimõõt 22 mm, kõrgus 7 mm)
• Laager rb-lyn-317 (siseläbimõõt 3 mm, välisläbimõõt 8 mm, kõrgus 4 mm)
• Hammasrihm GT2 (2 mm samm, 6 mm lai, 650 mm)
• Kruvi M5 x 35
• Kruvi M8 x 40
• 8 kruvi M3 x 15
• 4 kruvi M4 x 60
• 6 puidukruvi 2 x 8 mm
• Kruvi M3 x 10
• Releeplaadi moodul (kontrolleriga otse juhitav)

2. samm: tehke valguskast

Valguskastil on neli põhiosa ja mõned traksid. Laadige need osad alla ja liimige need kokku, välja arvatud poolläbipaistev plastik. Alustasin puidust poolkettast ja kumerast seinast. Kuivatamise ajal peate ketta ümber seina pingul hoidma. Poolketta ja kumera seina aluse kinnitamiseks kasutasin klambreid. Seejärel hoiab mõni lint seina poole ketta ümber. Teiseks liimisin velje, et taluda poolläbipaistvat töölauda. Lõpuks lisatakse tasase seina puidust (seest) ja metallist (väljast) paremad servad.

Kui kast on valmis, peate lihtsalt lisama lambipirnid ja ühendama juhtme ja pistikupesa pistikuribaga. Katkestage 230 V juhe teile sobivas kohas ja sisestage releemoodul. Panin relee (230V!) Turvakaalutlustel puidust kasti.

Samm: tehke robotkäepide

Laadige osad alla ja lõigake need. Servomootori rihma kinnitamiseks kasutasin kirjaklambreid. Naelutasin servamootorile kaks osa vööd ja lisasin natuke liimi, et olla kindel, et midagi ei liigu.

Lineaarse vertikaalse juhtimise jaoks tuleb kolb ummistuste vältimiseks lihvida. See peab sujuvalt libisema. Pärast kokkupanekut saab kõrgust reguleerida, lõigates juhiku soovitud pikkusele. Hoidke seda aga nii kaua kui võimalik, et vältida üle tsentri lukustumist. Kolb on liimitud lihtsalt käsivarre külge.

Laagrid on rihmarataste sees. Üks rihmaratas on valmistatud kahest vineerikihist. Need kaks kihti ei pruugi üksteist puudutada, nii et liimimise asemel liimige need vastavale käeplaadile. Ülemise ja alumise käeplaadi hooldamiseks kasutatakse nelja kruvi M3 x 15 ja mutreid. Esimene telg (suur) on lihtsalt kruvi M8 x 40 ja teine (väike) kruvi M5 x 35. Kasutage mutreid vaheosade ja käeosade kappidena.

Samm: tehke elektromagnet

Elektromagnet on lihtsalt pehme rauasüdamik, mille ümber on emailitud traat. Pehme rauast südamik juhib magnetvälja soovitud kohta. Selle magnetvälja tekitab vool emailitud traadist koplis (see on proportsionaalne). Samuti, mida rohkem pöördeid teete, seda rohkem magnetvälja teil on. Kujundasin U-kujulise triikraua, et koondada magnetväli kinni püütud kruvide lähedale ja suurendada kinnitusjõudu.

Lõika U-kujuline pehme rauatükk (kõrgus: 25 mm, laius: 15 mm, raua ristlõige: 5 x 4 mm). Enne traadi U-kujulise raua ümber kerimist on väga oluline eemaldada teravad servad. Olge ettevaatlik, et hoida sama mähissuunda (eriti teisele poole hüpates peate pöörlemissuunda oma vaatenurgast muutma, kuid U-kujulise raua seisukohast hoiate sama suunda) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Enne mähise ahelale hargnemist kontrollige pooli takistust multimeetriga ja arvutage vool Ohmi seadusega (U = RI). Mul on mähises üle 200 pöörde. Soovitan teil tuulutada, kuni U-tähe sees on ainult 2 mm ruumi.

Valmistatud on puidust hoidik ja U-kujuline triikraud on kinnitatud kuuma liimiga. Kaks pilu võimaldavad traati mõlemas otsas kinnitada. Lõpuks naelutatakse puidust hoidikule kaks tihvti. Need ühendavad emailitud kaablitraadi ja elektroonilise traadi. Spiraali kahjustuste vältimiseks lisasin mähise ümber kihi kuuma liimi. Viimasel pildil on näha puidust osa, mis sulgeb U-kujulise triikraua. Selle ülesanne on vältida kruvide ummistumist U-kujulise triikraua sisse.

Emaileeritud traatvõll on võetud katkisest trafost. Kui teete seda, kontrollige, kas traat pole katki või kasutatud osas lühiseid. Eemaldage lint ferromagnetilisest südamikust. Lõikajaga eemaldage ükshaaval kõik rauaviilud. Seejärel eemaldage mähiselt lint ja kerige lõpuks emailitud traatkork lahti. Kasutatud on sekundaarmähist (suure läbimõõduga mähis) (trafo sisend 230V, väljund 5V-1A).

Samm: tehke vooluring

Prototüüpimisplaadile ehitasin ülaltoodud skeemi. Elektromagneti mähise lülitamiseks on kasutatud bipolaarset transistorit (S8050). Kontrollige, kas teie transistor saab hakkama eelmises etapis arvutatud vooluga. MOSFET on selles olukorras ilmselt sobivam, kuid võtsin selle, mis mul käepärast oli (ja tahtsin madalat takistust). Reguleerige kaks takisti oma transistori järgi.

Ülaltoodud skeemil on VCC ja GND ikoon ühendatud minu toiteallikaga + ja -. Servomootoritel on kolm juhtmest: signaal, VCC ja GND. Kontrolleriga on ühendatud ainult signaaltraat, teised on ühendatud toiteallikaga. Kontrollerit toidab programmeerija kaabel.

6. samm: kood

Viimane, kuid mitte vähem oluline: kood. Selle leiate siit:

Kontrolleri jaoks on üks programm (arduino tüüp) ja teine, kes töötab arvutis (loodetavasti varsti vaarikas). Kontrolleril olev kood vastutab trajektoori planeerimise eest ja arvutis olev teeb pilditöötluse ning saadab saadud positsiooni kontrollerile. Pilditöötlus põhineb OpenCV -l.

Arvuti programm

Programm teeb veebikaamera ja tuledega pildi, tuvastab poolläbipaistva töölaua keskpunkti ja raadiuse ning korrigeerib pildi võimalikku pöörlemist. Nende väärtuste põhjal arvutab programm välja roboti asendi (me teame roboti asendit plaadi järgi). Programm kasutab kruvide ja poltide tuvastamiseks OpenCV -i plekidetektori funktsiooni. Eri tüüpi plekid filtreeritakse soovitud komponendi valimiseks saadaolevate parameetritega (pindala, värv, ringikujulisus, kumerus, inerts). Plekkdetektori tulemuseks on valitud plekide asukoht (pikslites). Seejärel muudab funktsioon need piksliasendid millimeetri positsioonideks käe koordinaatsüsteemis (risti). Teine funktsioon arvutab välja iga õlaliigese nõutava asendi, et elektromagnet oleks soovitud asendis. Tulemus koosneb kolmest nurgast, mis lõpuks saadetakse kontrollerile.

Kontrolleri programm

See programm võtab vastu liitumisnurgad ja liigutab käeosad nende nurkade saavutamiseks. Esmalt arvutab see välja iga liitumise tippkiiruse, et teostada liigutus sama ajavahemiku jooksul. Seejärel kontrollib see, kas need tippkiirused on kunagi saavutatud, sel juhul järgneb käik kolme faasi: kiirendus, püsikiirus ja aeglustus. Kui tippkiirust ei saavutata, toimub käik ainult kahes etapis: kiirendus ja aeglustus. Arvutatakse ka hetked, mil see peab ühest faasist teise liikuma. Lõpuks viiakse käik ellu: regulaarsete ajavahemike järel arvutatakse ja saadetakse uued tegelikud nurgad. Kui on aeg minna pesafaasi, jätkatakse täitmist järgmise faasiga.

7. samm: viimased puudutused

Raam

Kaamera hoidmiseks lisati raam. Valisin selle valmistamiseks puidust, sest see on odav, hõlpsasti töödeldav, kergesti leitav, keskkonnasõbralik, meeldiv vormida ja jääb stiilis, millega alustasin. Tehke kaameraga pilditesti, et otsustada, millist kõrgust vajate. Samuti tehke see kindlasti jäigaks ja fikseerituks, sest märkasin, et saadud positsioon on kaamera kõikide liigutuste suhtes väga tundlik (vähemalt enne töölaua automaatse tuvastamise funktsiooni lisamist). Kaamera peab asuma töölaua keskel ja minu puhul 520 mm kaugusel poolläbipaistvast valgest pinnast.

Kastid

Nagu pildilt näha, on teisaldatavad hoiukastid töölaua tasasel osal. Saate teha nii palju kaste kui vaja, kuid minu tegeliku seadistusega on ruum üsna piiratud. Sellegipoolest on mul ideid seda punkti parandada (vt tulevased parandused).

Tulevased parandused

• Praegu on hammasrihm puidust osaga suletud, kuid see lahendus piirab käe ulatust. Pean lisama rohkem ruumi suure servo ja õla telje vahele või tegema väiksema sulgemissüsteemi.
• Karbid asuvad piki lamedat töölaua serva, kui panen selle mööda poolringi serva, oleks mul palju rohkem ruumi kastide lisamiseks ja paljude komponentide sortimiseks.
• Nüüd piisab osade sorteerimiseks plekituvastuse filtrist, kuid kuna ma tahan kastide arvu suurendada, vajan ma selektiivsuse suurendamist. Sel põhjusel proovin erinevaid äratundmismeetodeid.
• Nüüd ei ole minu kasutatavatel servomootoritel piisavalt ulatust, et jõuda kogu poolketta töölauale. Pean vahetama servosid või muutma reduktorit erinevate rihmarataste vahel.
• Mõningaid probleeme esineb üsna sageli, seega on prioriteediks töökindluse parandamine. Selleks pean klassifitseerima probleemide tüübid ja keskenduma tõenäolisematele. Seda tegin juba väikese puutükiga, mis sulgeb U-kujulise triikraua ja automaatse tuvastuskeskuse algoritmi, kuid nüüd on probleemide lahendamine keerulisem.
• Tehke kontrolleri ja elektroonilise vooluahela jaoks trükkplaat.
• Eraldiseisva jaama saamiseks viige kood üle Raspberry pi -le

Organisatsioonikonkursi teine preemia