Stroj za sortiranje vijakov: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Nekega dne v laboratoriju (FabLab Moskva) sem videl svojega kolega, ki je razvrščal polno škatlo vijakov, matic, obročev in druge strojne opreme. Ko sem se ustavil poleg njega, sem za trenutek opazoval in rekel: "To bi bilo odlično delo za stroj." Po hitrem pogledu na google sem videl, da že obstajajo različni genialni mehanski sistemi, ki pa naše težave niso mogli rešiti, ker je v naši škatli veliko različnih delov. Narediti nekaj povsem mehanskega bi bilo precej zapleteno. Drugi dober razlog za prehod na bolj "robotski" sistem je bil, ker bi to zahtevalo vsa tehnična področja, ki so mi všeč: strojni vid, robotske roke in elektromehanski aktuatorji!

Ta stroj pobere vijake in jih položi v različne škatle. Sestavljen je iz robotske roke, ki upravlja z elektromagnetom, prosojne delovne mize nad lučmi in kamere na vrhu. Ko na delovno mizo razprite nekaj vijakov in matic, se prižgejo luči in posname slika. Algoritem zazna oblike delov in vrne njihova mesta. Končno roka z elektromagnetom položi dele enega za drugim v želene škatle.

Ta projekt se še razvija, zdaj pa dosežem dostojne rezultate, ki jih želim deliti z vami.

Korak: Orodja in material

Orodja

• Laserski rezalnik
• Kotni brusilnik
• Ročna žaga
• Izvijač
• Objemke (več jih je bolje)
• Pištola za vroče lepilo

Material

• Vezan les 3 mm (1 m2)
• Vezan les 6 mm (300 x 200 mm)
• Bela prosojna plastika 4 mm (500 x 250 mm)
• Računalnik (poskušam se premakniti na malinovo pi)
• Spletna kamera (Logitech HD T20p, vsak naj dela)
• Arduino s 4 PWM izhodom / analogWrite (trije servomotorji in elektromagnetna tuljava) (uporabljam ProTrinket 5V)
• Plošča za izdelavo prototipov
• Elektronska žica (2 m)
• Preklopni tranzistor (kateri koli tranzistor, ki lahko poganja 2W tuljavo) (imam S8050)
• Dioda (Schottky je boljši)
• 2 upora (100Ω, 330Ω)
• Napajanje 5V, 2A
• Servo mikro (širina 13 dolžina 29 mm)
• 2 servomotorja standardno (širina 20 dolžina 38 mm)
• Lepilo za les
• 4 kovinski kotiček z vijaki (neobvezno)
• Lesena palica (30 x 20 x 2400)
• Vroče lepilo
• Emajlirana bakrena žica (0,2, 0,3 mm premera, 5 m) (stari transformator?)
• Mehko železo (16 x 25 x 4 mm)
• 3 žarnice z vtičnico
• Priključni trak (230V, 6 elementov)
• Električna žica z vtičnico (230V) (2 m)
• Ležaj 625ZZ (notranji premer 5 mm, zunanji premer 16 mm, višina 5 mm)
• Ležaj 608ZZ (notranji premer 8 mm, zunanji premer 22 mm, višina 7 mm)
• Ležaj rb-lyn-317 (notranji premer 3 mm, zunanji premer 8 mm, višina 4 mm)
• Zobati jermen GT2 (korak 2 mm, širina 6 mm, 650 mm)
• Vijak M5 x 35
• Vijak M8 x 40
• 8 vijakov M3 x 15
• 4 vijaki M4 x 60
• 6 lesenih vijakov 2 x 8 mm
• Vijak M3 x 10
• Modul relejne plošče (neposredno krmiljen s krmilnikom)

2. korak: Naredite Light Box

Svetlobna škatla ima štiri glavne dele in nekaj naramnic. Prenesite te dele in jih lepite skupaj, razen prosojne plastike. Začel sem z lesenim polovičnim diskom in ukrivljeno steno. Med sušenjem morate držati steno okrog diska. Za pritrditev polovice diska in ukrivljene stene sem uporabil objemke. Potem nekaj traku vzdržuje steno okoli polovice diska. Drugič, prilepila sem platišče, da prenese prosojno delovno mizo. Na koncu je ravno steno dodano z lesenimi (znotraj) in kovinskimi (zunaj) desnimi robovi.

Ko je polje dokončano, morate samo dodati žarnice in priključiti žico in vtičnico s priključnim trakom. Odrežite 230V žico, kjer vam ustreza, in vstavite relejni modul. Iz varnostnih razlogov sem rele (230V!) Zaprl v leseno škatlo.

3. korak: naredite roko roko

Prenesite dele in jih razrežite. Za pritrditev pasu na servomotor sem uporabil kose sponk. Dva dela pasov sem pribila na servomotor in dodala nekaj lepila, da sem prepričana, da se nič ne premakne.

Za linearno navpično vodenje je treba bat brusiti, da se prepreči kakršna koli blokada. Gladko mora drsiti. Ko je sestavljen, lahko višino nastavite z rezanjem vodila na želeno dolžino. Vendar pa ga hranite čim dlje, da preprečite zaklepanje prek središča. Bat je preprosto prilepljen na škatlo z roko.

Ležaji so zaprti znotraj jermenic. En škripec je izdelan iz dveh plasti vezanega lesa. Ti dve plasti se ne nujno dotikata, zato ju namesto lepljenja skupaj prilepite na ustrezno ročno ploščo. Zgornje in spodnje ročice so pritrjene s štirimi vijaki in maticami M3 x 15. Prva os (velika) je preprosto vijak M8 x 40, druga (majhna) pa vijak M5 x 35. Kot distančnike in omarice za dele rok uporabite matice.

4. korak: Naredite elektromagnet

Elektromagnet je preprosto mehko železno jedro z emajlirano žico okoli njega. Jedro iz mehkega železa vodi magnetno polje na želeno mesto. Tok v emajlirani žici iz bakra ustvarja to magnetno polje (je sorazmerno). Več kot naredite zavojev, bolj magnetno polje imate. Železo v obliki črke U sem oblikoval tako, da magnetno polje koncentrira v bližini ujetih vijakov in poveča silo prednapenjanja.

Izrežite črko U v kos mehkega železa (višina: 25 mm, širina: 15 mm, prerez železa: 5 x 4 mm). Zelo pomembno je odstraniti ostre robove, preden žico navijte okoli železa v obliki črke U. Bodite previdni, da ohranite isto smer navijanja (še posebej, ko skočite na drugo stran, morate smer vrtenja spremeniti s svojega vidika, vendar ohranite isto smer z železnega vidika v obliki črke U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Preden tuljavo razvejate na vezje, z multimetrom preverite upor tuljave in izračunajte tok z Ohmovim zakonom (U = RI). Na tuljavi imam več kot 200 obratov. Predlagam, da navijate, dokler v notranjosti U-oblike ne ostane samo 2 mm prostora.

Izdelano je bilo leseno držalo, železo v obliki črke U pa je pritrjeno z vročim lepilom. Dve reži omogočata pritrditev žice na obeh koncih. Nazadnje sta na leseno držalo prikovana dva zatiča. Naredijo stik med emajlirano bakreno žico in elektronsko žico. Da bi preprečili poškodbe tuljave, sem po vsej tuljavi dodal plast vročega lepila. Na zadnji sliki lahko opazite lesen del, ki zapira železo v obliki črke U. Njegova funkcija je preprečiti, da bi se vijaki zagozdili v železu v obliki črke U.

Emajlirana žica je vzeta iz pokvarjenega transformatorja. V tem primeru preverite, ali žica ni pretrgana ali nima kratkega stika v uporabljenem delu. Odstranite trak na feromagnetnem jedru. Z rezalnikom odstranite enega za drugim vse železne rezine. Nato odstranite trak na tuljavi in na koncu odvijte emajliran žični baker. Uporabljeno je bilo sekundarno navitje (tuljava velikega premera) (vhod transformatorja 230V, izhod 5V-1A).

5. korak: Naredite vezje

Na prototipni plošči sem zgradil zgornjo shemo. Za preklop elektromagnetne tuljave je bil uporabljen bipolarni tranzistor (S8050). Preverite, ali vaš tranzistor zmore tok, izračunan v prejšnjem koraku. MOSFET je v tej situaciji verjetno bolj primeren, vendar sem vzel tisto, kar sem imel pri roki (in hotel sem nizek odpor). Prilagodite oba upora svojemu tranzistorju.

Na zgornji shemi sta ikona VCC in GND povezana z + in - mojim napajalnikom. Servomotorji imajo tri žice: Signal, VCC in GND. Na regulator je priključena samo signalna žica, ostale so priključene na napajalnik. Krmilnik se napaja s programerskim kablom.

6. korak: Koda

Nenazadnje: Koda. Najdete ga tukaj:

Obstaja en program za krmilnik (tip arduino) in drugi, ki deluje na računalniku (upam, da kmalu na malini). Koda na krmilniku je odgovorna za načrtovanje poti, tista v računalniku pa obdela sliko in rezultat pošlje krmilniku. Obdelava slik temelji na OpenCV.

Računalniški program

Program posname sliko s spletno kamero in lučmi, zazna prosojno središče in polmer delovne mize ter popravi morebitno zasuk slike. Iz teh vrednosti program izračuna položaj robota (položaj robota poznamo glede na ploščo). Program uporablja funkcijo detektorja blob OpenCV za odkrivanje vijakov in vijakov. Različne vrste madežev se filtrirajo z razpoložljivimi parametri (območje, barva, krožnost, konveksnost, vztrajnost), da se izbere želena komponenta. Rezultat detektorja blob je položaj (v pikslih) izbranih blobov. Nato funkcija spremeni te položaje slikovnih pik v milimetrske položaje v koordinatnem sistemu roke (ortogonalno). Druga funkcija izračuna potreben položaj vsakega ročnega spoja, da bi bil elektromagnet v želenem položaju. Rezultat so trije koti, ki se končno pošljejo krmilniku.

Program krmilnika

Ta program prejme spojne kote in premakne dele roke, da doseže te kote. Najprej izračuna največjo hitrost vsakega spoja, da izvede premik v istem časovnem intervalu. Nato preveri, ali so te najvišje hitrosti kdaj dosežene, v tem primeru bo premik sledil trem fazam: pospeševanju, konstantni hitrosti in pojemanju. Če največja hitrost ni dosežena, bo premik sledil le dvema fazama: pospeševanju in pojemanju. Izračunajo se tudi trenutki, ko mora preiti iz ene faze v drugo. Nazadnje se premik izvede: V rednih časovnih presledkih se izračunajo in pošljejo novi dejanski koti. Če je čas za prehod v fazo gnezdenja, se izvedba nadaljuje v naslednjo fazo.

7. korak: Zadnji dotiki

Okvir

Dodan je okvir, ki drži kamero. Za izdelavo lesa sem se odločil, ker je poceni, enostaven za uporabo, enostaven za iskanje, okolju prijazen, prijeten za oblikovanje in ostaja v slogu, s katerim sem začel. S fotoaparatom naredite preskus slike, da se odločite, katera višina je potrebna. Prepričajte se tudi, da je trd in fiksiran, ker sem opazil, da je nastali položaj zelo občutljiv na premike kamere (vsaj preden sem dodal funkcijo samodejnega zaznavanja delovne mize). Kamera mora biti nameščena na sredini delovne mize in v mojem primeru 520 mm od prosojne bele površine.

Škatle

Kot lahko vidite na sliki, so premične škatle za shranjevanje na ravnem delu delovne mize. Naredite lahko poljubno število škatel, vendar je z mojo dejansko nastavitvijo prostor precej omejen. Kljub temu imam ideje za izboljšanje te točke (prim. Prihodnje izboljšave).

Prihodnje izboljšave

• Zobati jermen je trenutno zaprt z lesenim delom, vendar ta rešitev omejuje območje, ki ga roka lahko doseže. Moram dodati več prostora med velikim servo in osjo roke ali narediti manjši sistem zapiranja.
• Škatle so vzdolž ravnega roba delovne mize, če bi ga postavil ob rob polkroga, bi imel veliko več prostora za dodajanje škatel in razvrščanje številnih vrst komponent.
• Zdaj filter za odkrivanje madežev zadostuje za razvrščanje delov, a ker želim povečati število škatel, bom potreboval večjo selektivnost. Zato bom poskusil z različnimi metodami prepoznavanja.
• Zdaj servomotorji, ki jih uporabljam, nimajo dovolj dosega, da bi dosegli vse delovne mize na pol diska. Moram zamenjati servomotorje ali spremeniti faktor zmanjšanja med različnimi jermenicami.
• Nekatera vprašanja se pojavljajo precej pogosto, zato je izboljšanje zanesljivosti prednostna naloga. Za to moram razvrstiti vrsto vprašanj in se osredotočiti na verjetnejše. To sem že storil z majhnim kosom lesa, ki zapira železo v obliki črke U in algoritmom središča za samodejno zaznavanje, zdaj pa se težave otežujejo.
• Naredite tiskano vezje za krmilnik in elektronsko vezje.
• Prenesite kodo v Raspberry pi, če želite imeti samostojno postajo

Druga nagrada na organizacijskem tekmovanju