Skrūvju šķirošanas mašīna: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Kādu dienu laboratorijā (FabLab Moscow) es redzēju savu kolēģi, kurš bija aizņemts, kārtojot pilnu skrūvju, uzgriežņu, gredzenu un citas aparatūras kasti. Apstājoties viņam blakus, es sekundi vēroju un teicu: "Tas būtu ideāls darbs mašīnai." Ātri ieskatoties Google, es redzēju, ka dažādas ģeniālas mehāniskās sistēmas jau pastāv, taču tās nevarēja atrisināt mūsu problēmu, jo mūsu kastē ir plašs detaļu klāsts. Darīt kaut ko tīri mehānisku būtu diezgan sarežģīti. Otrs labs iemesls, lai dotos uz "robotizētāku" sistēmu, bija tāpēc, ka tas prasītu visas man tīkamās tehniskās jomas: mašīnu redzi, robotu rokas un elektromehāniskos izpildmehānismus!

Šī mašīna izvēlas skrūves un ievieto tās dažādās kastēs. Tas sastāv no robota rokas, kas apstrādā elektromagnētu, caurspīdīgs darba galds virs gaismām un kamera augšpusē. Pēc dažu skrūvju un uzgriežņu uzklāšanas uz darba galda apgaismojums tiek ieslēgts un tiek uzņemts attēls. Algoritms nosaka detaļu formas un atgriež to pozīcijas. Visbeidzot roka ar elektromagnētu ievieto detaļas pa vienam vēlamajās kastēs.

Šis projekts vēl tiek izstrādāts, bet tagad es gūstu pienācīgus rezultātus, ar kuriem vēlos dalīties ar jums.

Solis: instrumenti un materiāls

Rīki

• Lāzera griezējs
• Leņķa slīpmašīnas
• Zāģis
• Skrūvgriezis
• Skavas (jo vairāk, jo labāk)
• Karstās līmes pistole

Materiāls

• Saplāksnis 3mm (1 m2)
• Saplāksnis 6 mm (300 x 200 mm)
• Balta caurspīdīga plastmasa 4 mm (500 x 250 mm)
• Dators (es mēģinu pāriet uz aveņu pi)
• Tīmekļa kamera (Logitech HD T20p, ikvienam vajadzētu strādāt)
• Arduino ar 4 PWM izeju / analogWrite (trīs servo un elektromagnēta spole) (es izmantoju ProTrinket 5V)
• Prototipēšanas dēlis
• Elektroniskais vads (2 m)
• Pārslēgšanas tranzistors (jebkurš tranzistors, kas var vadīt 2W spoli) (man ir S8050)
• Diode (Schottky ir labāks)
• 2 rezistori (100Ω, 330Ω)
• Barošanas avots 5V, 2A
• Servo mikro (platums 13 garums 29 mm)
• 2 servo standarti (platums 20 garums 38 mm)
• Koka līme
• 4 metāla stūri ar skrūvēm (pēc izvēles)
• Koka stienis (30 x 20 x 2400)
• Karstā līme
• Emaljēta vara stieple (0,2, 0,3 mm diametrs, 5 m) (vecs transformators?)
• Mīksts gludeklis (16 x 25 x4 mm)
• 3 spuldzes ar kontaktligzdu
• Savienotāja sloksne (230V, 6 elementi)
• Elektriskais vads ar kontaktligzdu (230V) (2 m)
• Gultnis 625ZZ (iekšējais diametrs 5 mm, ārējais diametrs 16 mm, augstums 5 mm)
• Gultnis 608ZZ (iekšējais diametrs 8 mm, ārējais diametrs 22 mm, augstums 7 mm)
• Gultnis rb-lyn-317 (iekšējais diametrs 3 mm, ārējais diametrs 8 mm, augstums 4 mm)
• Zobsiksna GT2 (2 mm solis, 6 mm plats, 650 mm)
• Skrūve M5 x 35
• Skrūve M8 x 40
• 8 skrūves M3 x 15
• 4 skrūves M4 x 60
• 6 koka skrūves 2 x 8 mm
• Skrūve M3 x 10
• Releja paneļa modulis (tieši kontrolējams ar kontrolieri)

2. darbība: izveidojiet gaismas kasti

Gaismas kastei ir četras galvenās daļas un dažas lencēm. Lejupielādējiet šīs detaļas un pielīmējiet tās kopā, izņemot caurspīdīgo plastmasu. Sāku ar koka pusdisku un izliekto sienu. Žāvēšanas laikā jums ir jānostiprina siena ap disku. Es izmantoju skavas, lai nostiprinātu pusdisku un izliekto sienu pamatni. Tad kāda lente saglabā sienu ap pusdisku. Otrkārt, es pielīmēju apmali, lai izturētu caurspīdīgo darba galdu. Visbeidzot, plakanā siena tiek papildināta ar koka (iekšpusē) un metāla (ārpusē) labajām malām.

Kad kaste ir pabeigta, jums vienkārši jāpievieno spuldzes un jāpievieno vads un kontaktligzda ar savienotāja sloksni. Izgrieziet 230 V vadu, kur tas jums ir ērti, un ievietojiet releja moduli. Es drošības apsvērumu dēļ slēdzu releju (230V!) Koka kastē.

3. darbība: izveidojiet robota roku

Lejupielādējiet detaļas un sagrieziet tās. Lai nostiprinātu jostu uz servomotoru, es izmantoju saspraudes gabalus. Es paviršu abas jostas pie servomotora un pievienoju nedaudz līmes, lai pārliecinātos, ka nekas nekustās.

Lineārai vertikālai vadībai virzulis ir jānoslīpē, lai izvairītos no aizsprostošanās. Tam ir jāslīd gludi. Pēc montāžas augstumu var noregulēt, nogriežot vadotni vēlamajā garumā. Tomēr saglabājiet to pēc iespējas ilgāk, lai novērstu pārmērīgu centra bloķēšanu. Virzulis ir vienkārši pielīmēts pie rokas kastes.

Gultņi ir ievietoti skriemeļu iekšpusē. Viens skriemelis ir izgatavots no diviem saplākšņa slāņiem. Šie divi slāņi ne vienmēr pieskaras viens otram, tāpēc tā vietā, lai tos salīmētu kopā, pielīmējiet tos attiecīgajā rokas plāksnē. Augšējās un apakšējās rokas plāksnes uztur četras M3 x 15 skrūves un uzgriežņi. Pirmā ass (lielā) ir vienkārši M8 x 40 skrūve, bet otrā (mazā) - M5 x 35 skrūve. Izmantojiet uzgriežņus kā roku detaļu starplikas un skapīšus.

4. solis: izveidojiet elektromagnētu

Elektromagnēts ir vienkārši mīksta dzelzs kodols ar emaljētu stiepļu copi ap to. Mīkstā dzelzs serde vada magnētisko lauku vēlamajā vietā. Strāva emaljētā stieples copē rada šo magnētisko lauku (tas ir proporcionāls). Turklāt, jo vairāk pagriezienu veicat, jo lielāks ir magnētiskais lauks. Es izveidoju U formas gludekli, lai koncentrētu magnētisko lauku pie noķertajām skrūvēm un palielinātu satveršanas spēku.

Izgrieziet U formu mīksta dzelzs gabalā (augstums: 25 mm, platums: 15 mm, dzelzs šķērsgriezums: 5 x 4 mm). Ir ļoti svarīgi noņemt asās malas pirms stieples tinšanas ap U veida gludekli. Esiet piesardzīgs, lai saglabātu to pašu tinuma virzienu (jo īpaši, ja pārlecat uz otru pusi, jums ir jāmaina rotācijas virziens no sava skatu punkta, bet no U formas dzelzs viedokļa jums jāturas vienā virzienā) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Pirms spoles sazarošanas ar ķēdi, pārbaudiet spoles pretestību ar multimetru un aprēķiniet strāvu ar Oma likumu (U = RI). Man spolē ir vairāk nekā 200 pagriezienu. Es iesaku jums vīties, līdz U formas iekšpusē ir tikai 2 mm brīvas vietas.

Ir izgatavots koka turētājs un U veida gludeklis ir nostiprināts ar karstu līmi. Divas spraugas ļauj nostiprināt vadu abos galos. Visbeidzot uz koka turētāja tiek pienaglotas divas tapas. Tie veido krustojumu starp emaljēto kabeļa vadu un elektronisko vadu. Lai novērstu spoles bojājumus, es ap spoli pievienoju karstu līmi. Pēdējā attēlā var novērot koka daļu, kas aizver U formas gludekli. Tās funkcija ir novērst skrūvju iestrēgšanu U veida gludekļa iekšpusē.

Emaljētais stiepļu kopētājs ir noņemts no salauzta transformatora. Ja to darāt, pārbaudiet, vai vads nav salauzts vai izmantotajā daļā nav īssavienojumu. Noņemiet lenti uz feromagnētiskā kodola. Ar griezēju pa vienam atvienojiet visas dzelzs šķēles. Pēc tam noņemiet lenti uz spoles un beidzot atritiniet emaljēto stiepļu tvertni. Ir izmantots sekundārais tinums (liela diametra spole) (transformatora ieeja 230V, izeja 5V-1A).

5. solis: izveidojiet ķēdi

Uz prototipēšanas dēļa es izveidoju iepriekš minēto shēmu. Elektromagnēta spoles pārslēgšanai izmantots bipolārs tranzistors (S8050). Pārbaudiet, vai jūsu tranzistors spēj apstrādāt strāvu, kas aprēķināta iepriekšējā solī. MOSFET, iespējams, ir piemērotāks šajā situācijā, bet es paņēmu to, kas man bija pa rokai (un es gribēju zemu pretestību). Pielāgojiet abus rezistorus savam tranzistoram.

Iepriekš redzamajā shēmā VCC un GND ikona ir savienota ar mana barošanas avota + un -. Servomotoriem ir trīs vadi: Signal, VCC un GND. Kontrolierim ir pievienots tikai signāla vads, pārējie ir pievienoti barošanas avotam. Kontrolieris tiek darbināts ar programmētāja kabeli.

6. darbība: kods

Pēdējais, bet ne mazāk svarīgais: kods. Jūs to atradīsit šeit:

Ir viena programma kontrolierim (arduino tips) un cita, kas darbojas datorā (cerams drīzumā uz aveņu). Kontroliera kods ir atbildīgs par trajektorijas plānošanu, un datora kods veic attēlu apstrādi un nosūta iegūto pozīciju kontrolierim. Attēlu apstrādes pamatā ir OpenCV.

Datora programma

Programma uzņem attēlu, izmantojot tīmekļa kameru un gaismas, nosaka caurspīdīgo darbgalda centru un rādiusu un izlabo iespējamo attēla pagriešanos. No šīm vērtībām programma aprēķina robota pozīciju (mēs zinām robota stāvokli saskaņā ar plāksni). Programma izmanto OpenCV lāses detektora funkciju, lai noteiktu skrūves un skrūves. Dažādu veidu lāses tiek filtrētas ar pieejamajiem parametriem (laukums, krāsa, apļveida, izliekums, inerce), lai izvēlētos vēlamo komponentu. Blob detektora rezultāts ir atlasīto lāseņu novietojums (pikseļos). Tad funkcija pārveido šīs pikseļu pozīcijas milimetru pozīcijās roku koordinātu sistēmā (ortogonālas). Cita funkcija aprēķina katras rokas savienojuma nepieciešamo pozīciju, lai elektromagnēts būtu vēlamajā pozīcijā. Rezultāts sastāv no trim leņķiem, kas beidzot tiek nosūtīti kontrolierim.

Kontroliera programma

Šī programma saņem savienojuma leņķus un pārvieto rokas daļas, lai sasniegtu šos leņķus. Tas vispirms aprēķina katra savienojuma maksimālo ātrumu, lai veiktu kustību tajā pašā laika intervālā. Tad tā pārbauda, vai šie maksimālie ātrumi kādreiz ir sasniegti, šajā gadījumā kustība notiks trīs fāzēs: paātrinājums, nemainīgs ātrums un palēninājums. Ja maksimālais ātrums netiek sasniegts, kustībai būs tikai divas fāzes: paātrinājums un palēninājums. Tiek aprēķināti arī brīži, kad tai jāpāriet no vienas fāzes uz otru. Visbeidzot, kustība tiek izpildīta: regulāri tiek aprēķināti un nosūtīti jaunie faktiskie leņķi. Ja ir pienācis laiks pāriet uz ligzdas fāzi, izpilde turpinās nākamajā fāzē.

7. solis: pēdējie pieskārieni

Rāmis

Tika pievienots rāmis kameras turēšanai. Es izvēlējos to izgatavot ar koku, jo tas ir lēts, ar to ir viegli strādāt, to ir viegli atrast, tas ir videi draudzīgs, patīkams veidot un tas paliek tādā stilā, kādā es sāku. Veiciet attēla pārbaudi ar kameru, lai izlemtu, kāds augstums ir nepieciešams. Pārliecinieties, ka tas ir stingrs un fiksēts, jo pamanīju, ka iegūtā pozīcija ir ļoti jutīga pret jebkurām kameras kustībām (vismaz pirms darba galda automātiskās noteikšanas funkcijas pievienošanas). Kamerai jāatrodas darba galda centrā un, manā gadījumā, 520 mm attālumā no caurspīdīgās baltās virsmas.

Kastes

Kā redzat attēlā, pārvietojamās uzglabāšanas kastes atrodas uz darba galda līdzenas daļas. Jūs varat izveidot tik daudz kastes, cik nepieciešams, bet ar manu faktisko iestatījumu vieta ir diezgan ierobežota. Tomēr man ir idejas, kā šo punktu uzlabot (sal. Turpmākos uzlabojumus).

Turpmākie uzlabojumi

• Šobrīd zobsiksna ir aizvērta ar koka daļu, taču šis risinājums ierobežo laukumu, ko roka var sasniegt. Man jāpievieno vairāk vietas starp lielo servo un rokas asi vai jāizveido mazāka aizvēršanas sistēma.
• Kastes atrodas gar plakano darbgalda malu, ja es to novietotu gar pusapļa malu, man būtu daudz vairāk vietas, lai pievienotu kastes un kārtotu daudzus komponentu veidus.
• Tagad lāseļu noteikšanas filtrs ir pietiekams detaļu šķirošanai, bet, tā kā es vēlos palielināt kastīšu skaitu, man vajadzēs palielināt selektivitāti. Šī iemesla dēļ es izmēģināšu dažādas atpazīšanas metodes.
• Tagad maniem servomotoriem nav pietiekama diapazona, lai sasniegtu visu pusdiska darba galdu. Man jāmaina servo vai jāmaina samazināšanas koeficients starp dažādiem skriemeļiem.
• Dažas problēmas rodas diezgan bieži, tāpēc prioritāte ir uzticamības uzlabošana. Lai to izdarītu, man ir jāklasificē problēmu veidi un jākoncentrējas uz iespējamākajiem. To jau es darīju ar mazo koka gabalu, kas aizver U veida gludekli un automātiskās noteikšanas centra algoritmu, bet tagad problēmas kļūst sarežģītākas.
• Izveidojiet PCB kontrolierim un elektroniskajai shēmai.
• Migrējiet kodu uz Raspberry pi, lai iegūtu atsevišķu staciju

Otrā balva organizāciju konkursā