Csavaros válogatógép: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Egy nap a laboratóriumban (FabLab Moszkva) láttam, hogy a kollégám elfoglalt egy csomagot, anyát, gyűrűt és egyéb hardvert. Megálltam mellette, egy másodpercig figyeltem, és azt mondtam: "Tökéletes munka lenne egy gép számára." A gyors Google -keresés után láttam, hogy különböző ötletes mechanikai rendszerek már léteznek, de nem tudták megoldani a problémánkat, mert a dobozunkban sokféle alkatrész található. Tisztán mechanikus tevékenységet végezni meglehetősen bonyolult lenne. A másik jó indok arra, hogy "robotikusabb" rendszert válasszunk, az volt, hogy ehhez szükség lenne minden általam kedvelt technikai területre: a gépi látásra, a robotkarokra és az elektromechanikus hajtóművekre!

Ez a gép felveszi a csavarokat, és különböző dobozokba helyezi őket. Ez egy robotkarból áll, amely elektromágnest kezel, egy áttetsző munkaasztalt a fények felett és egy kamerát a tetején. Miután néhány csavart és anyát elterített a munkaasztalon, a lámpák felgyulladnak és kép készül. Egy algoritmus észleli az alkatrész alakzatokat, és visszaadja azok pozícióit. Végül az elektromágnessel ellátott kar egyenként helyezi az alkatrészeket a kívánt dobozokba.

Ez a projekt még fejlesztés alatt áll, de most tisztességes eredményeket értek el, amelyeket szeretnék megosztani veletek.

1. lépés: Eszközök és anyagok

Eszközök

• Lézervágó
• Sarokcsiszoló
• Fűrész
• Csavarhúzó
• Bilincsek (minél több, annál jobb)
• Ragasztópisztoly

Anyag

• Rétegelt lemez 3mm (1 m2)
• Rétegelt lemez 6 mm (300 x 200 mm)
• Fehér áttetsző műanyag 4 mm (500 x 250 mm)
• Számítógép (megpróbálok áttérni a málna pi -re)
• Webkamera (Logitech HD T20p, bárkinek dolgoznia kell)
• Arduino 4 PWM kimenettel / analóg írással (három szervó és az elektromágnes tekercs) (a ProTrinket 5V -ot használom)
• Prototípus -tábla
• Elektronikus vezeték (2 m)
• Kapcsoló tranzisztor (bármely tranzisztor, amely képes 2W -os tekercs meghajtására) (S8050 van)
• Dióda (Schottky jobb)
• 2 ellenállás (100Ω, 330Ω)
• Tápegység 5V, 2A
• Szervó mikro (szélesség 13 hossz 29 mm)
• 2 szervó standard (szélesség 20 hosszúság 38 mm)
• Fa ragasztó
• 4 fém sarok csavarokkal (opcionális)
• Fa rúd (30 x 20 x 2400)
• Forró ragasztó
• Zománcozott rézhuzal (0,2, 0,3 mm átmérő, 5 m) (régi transzformátor?)
• Puha vasaló (16 x 25 x4 mm)
• 3 izzó foglalattal
• Csatlakozó szalag (230V, 6 elem)
• Elektromos vezeték aljzattal (230V) (2 m)
• Csapágy 625ZZ (belső átmérő 5 mm, külső átmérő 16 mm, magasság 5 mm)
• Csapágy 608ZZ (belső átmérő 8 mm, külső átmérő 22 mm, magasság 7 mm)
• Csapágy rb-lyn-317 (belső átmérő 3 mm, külső átmérő 8 mm, magasság 4 mm)
• GT2 vezérműszíj (2 mm -es osztás, 6 mm széles, 650 mm)
• Csavar M5 x 35
• Csavar M8 x 40
• 8 csavar M3 x 15
• 4 csavar M4 x 60
• 6 db facsavar 2 x 8 mm
• Csavar M3 x 10
• Relé kártya modul (a vezérlővel közvetlenül vezérelhető)

2. lépés: Készítse el a fénydobozt

A fénydoboz négy fő részből és néhány merevítőből áll. Töltse le ezeket az alkatrészeket, és ragassza össze őket, kivéve az áttetsző műanyagot. Kezdtem a fából készült fél tárcsával és az ívelt fallal. Szárítás közben meg kell húzni a falat a lemez körül. Szorítókkal rögzítettem a fél tárcsát és az ívelt fal alapját. Ezután néhány szalag tartja a falat a fél lemez körül. Másodszor, egy peremet ragasztottam, hogy ellenálljon az áttetsző munkaasztalnak. Végül a lapos falat fa (belül) és fémes (külső) jobb szélekkel egészítik ki.

Miután a doboz elkészült, csak hozzá kell adnia az izzókat, és csatlakoztatnia kell a vezetéket és az aljzatot a csatlakozócsíkkal. Vágja el a 230 V -os vezetéket az Ön számára kényelmes helyen, és helyezze be a relé modult. A relét (230V!) Biztonsági okokból egy fadobozba zártam.

3. lépés: Készítse el a robotkart

Töltse le és vágja le az alkatrészeket. Az öv rögzítéséhez a szervomotoron gemkapocs darabokat használtam. A kétrészes szíjakat a szervomotorra szegeztem, és ragasztót adtam hozzá, hogy semmi ne mozduljon el.

A lineáris függőleges vezetéshez a dugattyút csiszolni kell, hogy elkerülje az eltömődést. Simán kell csúsznia. Összeszerelés után a magasság a kívánt hosszúságú vágással állítható. Mindazonáltal tartsa a lehető leghosszabb ideig, hogy elkerülje a túlzott középzárást. A dugattyút egyszerűen a kar dobozához kell ragasztani.

A csapágyak a szíjtárcsák belsejében vannak. Az egyik szíjtárcsa két réteg rétegelt lemezből készül. Ez a két réteg nem feltétlenül érinti egymást, így ahelyett, hogy összeragasztaná őket, ragassza őket a megfelelő karlapra. A felső és alsó karlemezeket négy M3 x 15 csavar és anya tartja karban. Az első tengely (nagy) egyszerűen az M8 x 40 csavar, a második (kicsi) pedig az M5 x 35 csavar. Használjon anyákat távtartóként és záróként a kar részeihez.

Lépés: Készítse el az elektromágnest

Az elektromágnes egyszerűen lágy vasmag, zománcozott drótszívóval körülvéve. A lágyvas mag vezeti a mágneses mezőt a kívánt helyre. A zománcozott huzalrézerben lévő áram létrehozza ezt a mágneses mezőt (arányos). Ezenkívül minél több fordulatot tesz, annál nagyobb mágneses mezővel rendelkezik. U-alakú vasat terveztem, hogy a mágneses mezőt a lefogott csavarok közelében összpontosítsa, és növelje a hajlítóerőt.

Vágjon egy U alakot egy puha vasdarabba (magasság: 25 mm, szélesség: 15 mm, vas keresztmetszete: 5 x 4 mm). Nagyon fontos, hogy távolítsa el az éles széleket, mielőtt a huzalt feltekeri az U alakú vasaló köré. Ügyeljen arra, hogy ugyanazt a tekercselési irányt tartsa (különösen, ha a másik oldalra ugrik, meg kell változtatnia a forgásirányt a saját szemszögéből, de ugyanazt az irányt tartja az U alakú vas szempontjából) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Mielőtt a tekercset az áramkörhöz elágazná, ellenőrizze a tekercs ellenállását multiméterrel, és számítsa ki az áramot az Ohm törvényével (U = RI). Több mint 200 fordulat van a tekercsemen. Azt javaslom, hogy tekerje addig, amíg csak 2 mm szabad hely marad az U alakban.

Fából készült tartó készült, és az U alakú vasat forró ragasztóval rögzítették. Két rés lehetővé teszi a huzal rögzítését mindkét végén. Végül két csap leszögezzük a fa tartóra. Csatlakoznak a zománcozott cooper huzal és az elektronikus vezeték között. Annak érdekében, hogy a tekercs ne sérüljön, hozzáadtam egy réteg forró ragasztót a tekercs körül. Az utolsó képen egy fából készült rész figyelhető meg, aki bezárja az U alakú vasat. Feladata, hogy megakadályozza, hogy a csavarok beragadjanak az U alakú vasaló belsejébe.

A zománcozott drótszedőt egy törött transzformátorból vették. Ha így tesz, ellenőrizze, hogy a vezeték nem szakadt -e meg, vagy nincs -e rövidzárlat a használt részben. Távolítsa el a szalagot a ferromágneses magról. Egy vágóval távolítsa el egyenként az összes vasszeletet. Ezután távolítsa el a szalagot a tekercsről, és végül tekerje le a zománcozott huzalköteget. A másodlagos tekercset (nagy átmérőjű tekercs) használták (transzformátor bemenet 230V, kimenet 5V-1A).

5. lépés: Készítse el az áramkört

Egy prototípus -táblára építettem a fenti vázlatot. Bipoláris tranzisztor (S8050) használatos az elektromágneses tekercs kapcsolására. Ellenőrizze, hogy a tranzisztor képes -e kezelni az előző lépésben számított áramot. A MOSFET valószínűleg alkalmasabb ebben a helyzetben, de a kezembe vettem (és alacsony ellenállást akartam). Állítsa be a két ellenállást a tranzisztorához.

A fenti vázlatban a VCC és a GND ikon a tápegységem + és - jeléhez van csatlakoztatva. A szervomotoroknak három vezetéke van: Signal, VCC és GND. Csak a jelvezeték csatlakozik a vezérlőhöz, a többi a tápegységre van csatlakoztatva. A vezérlőt a programozó kábel táplálja.

6. lépés: A kód

Végül, de nem utolsó sorban: A kód. Itt megtalálod:

Van egy program a vezérlő számára (arduino típus), és egy másik, aki a számítógépen fut (remélhetőleg hamarosan málnán). A vezérlőn található kód felelős a pálya tervezéséért, a számítógépen lévő pedig elvégzi a képfeldolgozást, és elküldi az eredményt a vezérlőnek. A képfeldolgozás OpenCV -n alapul.

A számítógép programja

A program képet készít a webkamerával és a fényekkel, érzékeli az áttetsző munkaasztal középpontját és sugarát, és korrigálja az esetleges képforgatást. Ezekből az értékekből a program kiszámítja a robot pozícióját (A robot pozícióját a lemez szerint ismerjük). A program az OpenCV foltfelismerő funkcióját használja a csavarok és csavarok észlelésére. A különböző típusú foltokat a rendelkezésre álló paraméterekkel (terület, szín, körkörösség, domborúság, tehetetlenség) szűrjük a kívánt komponens kiválasztása érdekében. A blob detektor eredménye a kiválasztott blobok helyzete (pixelben). Ezután egy függvény ezeket a pixelhelyzeteket milliméteres pozíciókká alakítja át a karkoordináta -rendszerben (ortogonális). Egy másik függvény kiszámítja az egyes karok csatlakozásának szükséges helyzetét annak érdekében, hogy az elektromágnes a kívánt helyzetben legyen. Az eredmény három szögből áll, amelyeket végül elküld a vezérlőnek.

A vezérlő programja

Ez a program fogadja az illesztési szögeket, és mozgatja a karrészeket, hogy elérje ezeket a szögeket. Először kiszámítja minden egyes csatlakozás végsebességét, hogy a mozgást ugyanazon időintervallumon belül elvégezze. Ezután ellenőrzi, hogy valaha is elérték -e ezeket a végsebességeket, ebben az esetben a lépés három fázist követ: gyorsulás, állandó sebesség és lassítás. Ha nem éri el a végsebességet, a lépés csak két fázist követ: a gyorsítást és a lassítást. Kiszámítják azokat a pillanatokat is, amikor át kell mennie az egyik fázisból a másikba. Végül a lépés végrehajtásra kerül: Rendszeres időközönként kiszámítják és elküldik az új tényleges szögeket. Ha ideje átjutni a fészek fázisba, a végrehajtás folytatódik a következő fázisba.

7. lépés: Az utolsó érintések

A keret

Keret került a kamera tartására. Úgy döntöttem, hogy fából készítem, mert olcsó, könnyű vele dolgozni, könnyen megtalálható, környezetbarát, kellemes formázni és marad abban a stílusban, amivel kezdtem. Végezzen el egy képvizsgálatot a kamerával, hogy eldöntse, milyen magasságra van szüksége. Ügyeljen arra is, hogy merev és rögzített legyen, mert észrevettem, hogy a kapott pozíció nagyon érzékeny a kamera bármely mozdulatára (legalábbis a munkaasztal automatikus észlelési funkciójának hozzáadása előtt). A kamerát a munkaasztal közepén kell elhelyezni, és esetemben 520 mm -re az áttetsző fehér felülettől.

A dobozok

Amint a képen látható, a mozgatható tároló dobozok a munkaasztal lapos részén vannak. Annyi dobozt készíthet, amennyi szükséges, de a tényleges beállításommal a hely korlátozott. Ennek ellenére vannak ötleteim ezen a ponton javításra (vö. Jövőbeli fejlesztések).

Jövőbeli fejlesztések

• A fogasszíjat egyelőre egy fa rész zárja le, de ez a megoldás korlátozza a kar által elérhető területet. Több helyet kell adnom a nagy szervó és a kar tengelye között, vagy kisebb zárórendszert kell készítenem.
• A dobozok a lapos munkaasztal szélén vannak, ha a félkör mentén helyezném el, sokkal több helyem lenne a dobozok hozzáadásához és sok alkatrész típus rendezéséhez.
• Most a blob észlelési szűrő elegendő az alkatrészek válogatásához, de mivel növelni szeretném a dobozok számát, szükségem lesz a szelektivitás növelésére. Ezért különböző felismerési módszereket fogok kipróbálni.
• Az általam használt szervomotorok hatótávolsága nem elég ahhoz, hogy elérje a fél tárcsás munkaasztalt. Cserélnem kell a szervókat, vagy a különböző szíjtárcsák közötti csökkentési tényezőt.
• Bizonyos problémák gyakran előfordulnak, ezért a megbízhatóság javítása az elsődleges. Ehhez osztályoznom kell a problémák típusát, és a valószínűbbekre kell koncentrálnom. Ezt már megtettem azzal a kis fadarabbal, amely bezárja az U alakú vasat és az automatikus észlelési központ algoritmusát, de most a problémák megoldása bonyolultabbá válik.
• Készítsen NYÁK -t a vezérlőhöz és az elektronikus áramkörhöz.
• Migrálja a kódot a Raspberry pi -re, hogy önálló állomás legyen

Második díj a szervezési versenyen