Mašina za sortiranje vijaka: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Jednog dana u laboratoriji (FabLab Moskva), vidio sam svog kolegu kako zauzima sortiranje cijele kutije vijaka, matica, prstenova i drugog hardvera. Zaustavivši se pored njega, gledao sam na trenutak i rekao: "To bi bio savršen posao za mašinu." Nakon kratkog pregleda google -a vidio sam da već postoje različiti genijalni mehanički sistemi, ali oni nisu mogli riješiti naš problem jer se u našoj kutiji nalazi veliki broj dijelova. Raditi nešto čisto mehanički bilo bi prilično komplicirano. Drugi dobar razlog za prelazak na "robotskiji" sistem bio je zato što su za to potrebna sva tehnička polja koja volim: mašinski vid, robotske ruke i elektromehanički pokretači!

Ova mašina bira vijke i stavlja ih u različite kutije. Sastoji se od robotske ruke koja rukuje elektromagnetom, prozirnog radnog stola iznad svjetla i kamere na vrhu. Nakon što ste raširili neke vijke i matice na radnom stolu, svjetla se uključuju i slika se. Algoritam otkriva oblike dijelova i vraća njihove položaje. Konačno, ruka s elektromagnetom postavlja dijelove jedan po jedan u željene kutije.

Ovaj projekt je još u razvoju, ali sada postižem pristojne rezultate koje želim podijeliti s vama.

Korak 1: Alati i materijal

Alati

• Laserski rezač
• Ugaona brusilica
• Nožna pila
• Šrafciger
• Stezaljke (što više to bolje)
• Pištolj za vruće ljepilo

Materijal

• Šperploča 3 mm (1 m2)
• Šperploča 6 mm (300 x 200 mm)
• Bijela prozirna plastika 4 mm (500 x 250 mm)
• Računar (pokušavam da pređem na maline pi)
• Web kamera (Logitech HD T20p, svako bi trebao raditi)
• Arduino sa 4 PWM izlaza / analogWrite (tri serva i zavojnica elektromagneta) (koristim ProTrinket 5V)
• Ploča za izradu prototipa
• Elektronska žica (2m)
• Prebacivanje tranzistora (bilo koji tranzistor koji može pokretati zavojnicu od 2 W) (imam S8050)
• Dioda (bolji je Schottky)
• 2 otpornika (100Ω, 330Ω)
• Napajanje 5V, 2A
• Servo mikro (širina 13 dužina 29 mm)
• 2 servo servera standard (širina 20 dužina 38 mm)
• Ljepilo za drvo
• 4 metalna ugla sa vijcima (opcionalno)
• Drvena šipka (30 x 20 x 2400)
• Vruće ljepilo
• Emajlirana bakrena žica (0,2, promjer 0,3 mm, 5 m) (stari transformator?)
• Meko željezo (16 x 25 x4 mm)
• 3 sijalice sa grlom
• Priključna traka (230V, 6 elemenata)
• Električna žica sa utičnicom (230V) (2 m)
• Ležaj 625ZZ (unutrašnji prečnik 5 mm, spoljni prečnik 16 mm, visina 5 mm)
• Ležaj 608ZZ (unutrašnji prečnik 8 mm, spoljni prečnik 22 mm, visina 7 mm)
• Ležaj rb-lyn-317 (unutrašnji prečnik 3 mm, spoljni prečnik 8 mm, visina 4 mm)
• Razvodni remen GT2 (korak 2 mm, širina 6 mm, 650 mm)
• Vijak M5 x 35
• Vijak M8 x 40
• 8 vijaka M3 x 15
• 4 vijka M4 x 60
• 6 vijaka za drvo 2 x 8 mm
• Vijak M3 x 10
• Modul relejne ploče (direktno kontroliran kontrolerom)

Korak 2: Napravite Light Box

Svetlosna kutija ima četiri glavna dela i neke zagrade. Preuzmite ove dijelove i zalijepite ih osim prozirne plastike. Počeo sam s drvenim polu -diskom i zakrivljenim zidom. Zid morate držati zategnut oko diska tokom sušenja. Koristio sam stezaljke za pričvršćivanje pola diska i osnove zakrivljenog zida. Zatim neka traka održava zid oko pola diska. Drugo, zalijepio sam naplatak da izdrži prozirni radni stol. Konačno, ravni zid je dodat drvenim (iznutra) i metalnim (izvana) desnim rubovima.

Nakon što je kutija popunjena, morate samo dodati žarulje i spojiti žicu i utičnicu s priključnom trakom. Odrežite žicu od 230 V gdje vam odgovara i umetnite relejni modul. Relej (230V!) Sam stavio u drvenu kutiju iz sigurnosnih razloga.

Korak 3: Napravite robotsku ruku

Preuzmite dijelove i izrežite ih. Za pričvršćivanje pojasa na servomotoru koristio sam komade spajalica. Zabio sam dva dijela pojasa na servomotor i dodao malo ljepila kako bih bio siguran da se ništa ne pomiče.

Za linearno vertikalno vođenje, klip se mora brusiti kako bi se izbjegla bilo kakva blokada. Mora glatko kliziti. Nakon sastavljanja, visina se može podesiti rezanjem vodilice na željenu dužinu. Međutim, držite ga što je dulje moguće kako biste spriječili zaključavanje središta. Klip se jednostavno lijepi na kutiju za ruke.

Ležajevi su zatvoreni unutar remenica. Jedan remenica je napravljen od dva sloja šperploče. Ova dva sloja ne moraju se međusobno dodirivati pa ih umjesto lijepljenja zalijepite na odgovarajuću ploču ruke. Gornje i donje ploče ruku održavaju se s četiri vijka i matice M3 x 15. Prva osovina (velika) je jednostavno vijak M8 x 40, a druga (mala) vijak M5 x 35. Koristite matice kao odstojnike i ormariće za dijelove ruku.

Korak 4: Napravite elektromagnet

Elektromagnet je jednostavno jezgro od mekog gvožđa sa emajliranom žicom oko njega. Jezgra od mekog željeza vodi magnetsko polje na željeno mjesto. Struja u emajliranom žičanom bakru stvara ovo magnetsko polje (proporcionalno je). Što više okretaja napravite, to više magnetskog polja imate. Dizajnirao sam željezo u obliku slova U za koncentriranje magnetskog polja u blizini zahvaćenih vijaka i povećanje sile prednaprezanja.

Izrežite U-oblik u komad mekog željeza (visina: 25 mm, širina: 15 mm, presjek željeza: 5 x 4 mm). Vrlo je važno ukloniti oštre rubove prije nego što namotate žicu oko željeza u obliku slova U. Pazite da zadržite isti smjer namotaja (posebno kada skočite na drugu stranu, morate promijeniti smjer rotacije sa svog gledišta, ali zadržati isti smjer s željeznog stajališta u obliku slova U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Prije grananja zavojnice na kolo, multimetrom provjerite otpor zavojnice i izračunajte struju prema Ohmovom zakonu (U = RI). Na zavojnici imam više od 200 okretaja. Predlažem vam da namotate dok unutar U-oblika nemate samo 2 mm prostora.

Izrađen je drveni držač, a glačalo u obliku slova U učvršćeno vrućim ljepilom. Dva proreza omogućuju pričvršćivanje žice na oba kraja. Na kraju su na drveni držač prikovane dvije igle. Oni spajaju emajliranu bakrenu žicu i elektroničku žicu. Kako bih spriječio bilo kakvo oštećenje zavojnice, dodao sam sloj vrućeg ljepila svuda oko zavojnice. Na posljednjoj slici možete vidjeti drveni dio koji zatvara željezo u obliku slova U. Njegova je funkcija spriječiti zaglavljivanje vijaka unutar željeza u obliku slova U.

Bakar od emajlirane žice preuzet je iz pokvarenog transformatora. Ako to učinite, provjerite nije li žica prekinuta ili nema kratkih spojeva u korištenom dijelu. Uklonite traku sa feromagnetnog jezgra. Rezačem odvojite jedan po jedan sve željezne kriške. Zatim uklonite traku sa zavojnice i na kraju odmotajte emajlirani žičani bakar. Korišten je sekundarni namot (zavojnica velikog promjera) (ulaz transformatora 230V, izlaz 5V-1A).

Korak 5: Napravite krug

Na ploči za izradu prototipa napravio sam gornju shemu. Za prebacivanje zavojnice elektromagneta korišten je bipolarni tranzistor (S8050). Proverite da li vaš tranzistor može da podnese struju izračunatu u prethodnom koraku. MOSFET je vjerojatno prikladniji u ovoj situaciji, ali uzeo sam ono što sam imao pri ruci (i želio sam nizak otpor). Podesite dva otpornika na svoj tranzistor.

Na gornjoj shemi, VCC i GND ikona su spojene na + i - moje napajanje. Servo motori imaju tri žice: signalnu, VCC i GND. Samo je signalna žica spojena na regulator, ostale su spojene na izvor napajanja. Regulator se napaja kablom programatora.

Korak 6: Kôd

Na kraju, ali ne i najmanje važno: kod. Naći ćete ga ovdje:

Postoji jedan program za kontroler (arduino tip) i drugi koji radi na računaru (nadam se uskoro na malini). Kod na kontroleru je odgovoran za planiranje putanje, a onaj na računaru vrši obradu slike i šalje rezultiranu poziciju kontroleru. Obrada slike je zasnovana na OpenCV -u.

Računarski program

Program snima sliku web kamerom i svjetlima, detektira prozirni centar radnog stola i radijus te ispravlja eventualnu rotaciju slike. Iz ovih vrijednosti program izračunava položaj robota (poziciju robota znamo prema ploči). Program koristi funkciju otkrivanja mrlja OpenCV -a za otkrivanje vijaka i vijaka. Različite vrste mrlja filtriraju se prema dostupnim parametrima (površina, boja, kružnost, konveksnost, inercija) kako bi se odabrala željena komponenta. Rezultat detektora mrlja je položaj (u pikselima) odabranih mrlja. Zatim funkcija transformira ove položaje piksela u milimetarske pozicije u koordinatnom sistemu ruke (ortogonalno). Druga funkcija izračunava potreban položaj svakog spoja ruke kako bi elektromagnet bio u željenom položaju. Rezultat se sastoji od tri ugla koji se konačno šalju kontroleru.

Program kontrolera

Ovaj program prima kutove spajanja i pomiče dijelove ruke da dosegnu te kutove. Prvo izračunava najveću brzinu svakog spoja kako bi izveo potez u istom vremenskom intervalu. Zatim provjerava jesu li ikada postignute najveće brzine, u ovom slučaju kretanje će slijediti tri faze: ubrzanje, konstantna brzina i usporavanje. Ako se ne postigne najveća brzina, kretanje će slijediti samo dvije faze: ubrzanje i usporavanje. Izračunavaju se i momenti u kojima mora prijeći iz jedne faze u drugu. Konačno, potez je izvršen: U pravilnim intervalima izračunavaju se i šalju novi stvarni uglovi. Ako je vrijeme za prelazak u fazu ugniježđenja, izvršavanje se nastavlja na sljedeću fazu.

Korak 7: Završni dodiri

Okvir

Dodan je okvir za držanje kamere. Odlučio sam se za izradu od drveta jer je jeftino, jednostavno za rad, lako pronaći, ekološki prihvatljivo, ugodnog oblika i ostaje u stilu s kojim sam započeo. Napravite test slike s kamerom kako biste odlučili koja je visina potrebna. Također ga obavezno učinite krutim i fiksnim jer sam primijetio da je rezultirajući položaj vrlo osjetljiv na bilo kakve pomake kamere (barem prije nego što sam dodao funkciju automatskog otkrivanja radnog stola). Kamera mora biti smještena u centru radnog stola i, u mom slučaju, 520 mm od prozirne bijele površine.

Kutije

Kao što možete vidjeti na slici, pomične kutije za odlaganje nalaze se na ravnom dijelu radnog stola. Možete napraviti onoliko kutija koliko je potrebno, ali s mojim stvarnim postavljanjem prostor je prilično ograničen. Ipak, imam ideje za poboljšanje ove tačke (usp. Buduća poboljšanja).

Buduća poboljšanja

• Trenutno je razvodni remen zatvoren drvenim dijelom, ali ovo rješenje ograničava područje do kojeg ruka može doći. Moram dodati više prostora između velikog serva i osi ruke ili napraviti manji sistem zatvaranja.
• Kutije su duž ravnog ruba radnog stola, ako ga postavim uz rub polukruga, imao bih mnogo više prostora za dodavanje kutija i sortiranje mnogih vrsta komponenti.
• Sada je filter za otkrivanje mrlja dovoljan za razvrstavanje dijelova, ali kako želim povećati broj kutija, trebat će mi povećanje selektivnosti. Iz tog razloga ću isprobati različite metode prepoznavanja.
• Sada servo motori koje koristim nemaju dovoljan domet da dosegnu sav radni stol na pola diska. Moram promijeniti servomotore ili promijeniti faktor smanjenja između različitih remenica.
• Neki se problemi javljaju često pa je poboljšanje pouzdanosti prioritet. Za to moram klasificirati vrstu problema i koncentrirati se na vjerojatnije. To sam već učinio s malim komadom drveta koji zatvara željezo u obliku slova U i algoritmom centra za automatsko otkrivanje, ali sada se problemi kompliciraju u rješavanju.
• Napravite PCB za kontroler i elektroničko kolo.
• Migrirajte kôd na Raspberry pi da biste imali zasebnu stanicu

Druga nagrada na takmičenju za organizaciju