Stroj za sortiranje vijaka: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Jednog dana u laboratoriju (FabLab Moskva) vidio sam svog kolegu zauzetog sortiranjem pune kutije vijaka, matica, prstenova i drugog hardvera. Zaustavivši se kraj njega, promatrao sam sekundu i rekao: "Bio bi to savršen posao za stroj." Nakon kratkog pregleda google -a vidio sam da već postoje različiti genijalni mehanički sustavi, 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" sustav bio je jer su za to potrebna sva tehnička područja koja volim: strojni vid, robotske ruke i elektromehanički pokretači!

Ovaj stroj 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 im položaje. Konačno, ruka s elektromagnetom stavlja dijelove jedan po jedan u željene kutije.

Ovaj se projekt još uvijek razvija, ali sada postižem pristojne rezultate koje želim podijeliti s vama.

Korak 1: Alati i materijal

Alati

• Laserski rezač
• Kutna brusilica
• Pila za metal
• Odvijač
• 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)
• Računalo (pokušavam prijeći na maline pi)
• Web kamera (Logitech HD T20p, svatko bi trebao raditi)
• Arduino sa 4 PWM izlaza / analogWrite (tri serva i zavojnica elektromagneta) (koristim ProTrinket 5V)
• Ploča za izradu prototipa
• Elektronička žica (2 m)
• Preklopni tranzistor (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 duljina 29 mm)
• 2 servo pogona standardno (širina 20 duljina 38 mm)
• Ljepilo za drvo
• 4 metalna ugla s vijcima (opcionalno)
• Drvena šipka (30 x 20 x 2400)
• Vruće ljepilo
• Emajlirana bakrena žica (0,2, 0,3 mm promjera, 5 m) (stari transformator?)
• Meko željezo (16 x 25 x 4 mm)
• 3 žarulje sa grlom
• Priključna traka (230V, 6 elemenata)
• Električna žica s utičnicom (230V) (2 m)
• Ležaj 625ZZ (unutarnji promjer 5 mm, vanjski promjer 16 mm, visina 5 mm)
• Ležaj 608ZZ (unutarnji promjer 8 mm, vanjski promjer 22 mm, visina 7 mm)
• Ležaj rb-lyn-317 (unutarnji promjer 3 mm, vanjski promjer 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 (izravno kontroliran kontrolerom)

Korak 2: Napravite svjetlosnu kutiju

Svjetlosna kutija ima četiri glavna dijela i neke zagrade. Preuzmite ove dijelove i zalijepite ih osim prozirne plastike. Počeo sam s drvenim polu -diskom i zakrivljenom stijenkom. Morate držati stegnutu stijenku oko diska tijekom sušenja. Koristio sam stezaljke za pričvršćivanje polovice diska i osnove zakrivljene stijenke. Zatim neka traka održava zid oko polovice diska. Drugo, zalijepio sam naplatak kako bih izdržao prozirni radni stol. Konačno, ravni zid je dodat drvenim (unutarnjim) i metalnim (vanjskim) desnim rubovima.

Nakon što je kutija popunjena, morate samo dodati žarulje i spojiti žicu i utičnicu s priključnom trakom. Prerežite 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 okomito vođenje, klip se mora brusiti kako bi se izbjeglo začepljenje. Mora glatko kliziti. Nakon sastavljanja, visina se može podesiti rezanjem vodilice na željenu duljinu. Međutim, držite ga što je dulje moguće kako biste spriječili prekomjerno zaključavanje. Klip se jednostavno zalijepi za kutiju za ruke.

Ležajevi su zatvoreni unutar remenica. Jedna remenica izrađena je 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 os (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 jezgra od mekog željeza s okovom od emajlirane žice. Jezgra od mekog željeza vodi magnetsko polje na željeno mjesto. Struja u emajliranom bakrenom žici stvara ovo magnetsko polje (proporcionalno je). Što više zavoja napravite, to imate više magnetskog polja. 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 namota (osobito kada skočite na drugu stranu, morate promijeniti smjer rotacije sa svog gledišta, ali zadržavate isti smjer s željeznog stajališta u obliku slova U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Prije grananja zavojnice na krug, multimetrom provjerite otpor zavojnice i izračunajte struju s Ohmovim zakonom (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 željezo 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 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 s feromagnetne jezgre. 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). Provjerite može li vaš tranzistor podnijeti 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). Prilagodite dva otpornika svom tranzistoru.

Na gornjoj shemi, VCC i GND ikona su spojene na + i - moje napajanje. Servo motori imaju tri žice: Signal, VCC i GND. Na regulator je spojena samo signalna žica, ostale su spojene na napajanje. Regulator se napaja programerskim kabelom.

Korak 6: Kôd

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

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

Program za računalo

Program snima sliku web kamerom i svjetlima, detektira prozirno središte radnog stola i radijus te ispravlja eventualno zakretanje slike. Iz tih 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 s 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 te položaje piksela u milimetarske položaje u koordinatnom sustavu ruke (ortogonalno). Druga funkcija izračunava potreban položaj svakog spoja ruke kako bi elektromagnet bio u željenom položaju. Rezultat se sastoji od tri kuta koji se konačno šalju u upravljač.

Program kontrolera

Ovaj program prima kutove spajanja i pomiče dijelove ruke kako bi dosegao te kutove. Prvo izračunava najveću brzinu svakog spajanja 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 izveden: U pravilnim intervalima izračunavaju se i šalju novi stvarni kutovi. Ako je vrijeme za prelazak u fazu gniježđenja, 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 pobrinite da bude krut i fiksiran 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 postavljena u središte 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 točke (usp. Buduća poboljšanja).

Buduća poboljšanja

• Zasunski remen trenutno je zatvoren drvenim dijelom, ali ovo rješenje ograničava područje do kojeg ruka može doseći. Moram dodati više prostora između velikog serva i osi ruke ili napraviti manji sustav zatvaranja.
• Kutije su duž ravnog ruba radnog stola, ako ga postavim uz rub polukruga, imao bih mnogo više prostora za dodavanje kutija i razvrstavanje 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 pokušat ću različite metode prepoznavanja.
• Sada servo motori koje koristim nemaju dovoljan domet da dosegnu sav radni stol s 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 elektronički krug.
• Migrirajte kôd na Raspberry pi kako biste imali zasebnu stanicu

Druga nagrada na organizacijskom natjecanju