Skroef sorteermasjien: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Op 'n dag in die laboratorium (FabLab Moskou) sien ek my kollega besig om 'n volledige boks skroewe, moere, ringe en ander hardeware te sorteer. Toe ek langs hom stilhou, kyk ek 'n oomblik en sê: 'Dit sal 'n perfekte werk vir 'n masjien wees.' Na 'n vinnige blik op google, het ek gesien dat daar reeds verskillende vindingryke meganiese stelsels bestaan, maar dit kon nie ons probleem oplos nie, want daar is 'n wye verskeidenheid dele in ons boks. Dit is baie ingewikkeld om iets louter meganies te doen. Die ander goeie rede om na 'n meer 'robotiese' stelsel te gaan, was omdat dit al die tegniese terreine waarvoor ek hou, vereis: masjienvisie, robotarme en elektromeganiese aandrywers!

Hierdie masjien pluk die skroewe en plaas dit in verskillende bokse. Dit bestaan uit 'n robotarm wat 'n elektromagneet hanteer, 'n deurskynende werktafel bo ligte en 'n kamera aan die bokant. Nadat 'n paar skroewe en moere op die werktafel gesprei is, word die ligte aangeskakel en 'n foto geneem. 'N Algoritme ontdek die vormvorms en gee hul posisies terug. Uiteindelik plaas die arm met die elektromagneet die dele een vir een in die gewenste bokse.

Hierdie projek is nog in ontwikkeling, maar nou behaal ek behoorlike resultate wat ek met u wil deel.

Stap 1: gereedskap en materiaal

Gereedskap

• Lasersnyer
• Hoekslyper
• Ystersaag
• Skroewedraaier
• Klampe (hoe meer hoe beter)
• Warm gom geweer

Materiaal

• Laaghout 3 mm (1 m2)
• Laaghout 6 mm (300 x 200 mm)
• Wit deurskynende plastiek 4 mm (500 x 250 mm)
• Rekenaar (ek probeer oorskakel na framboos pi)
• Webkamera (Logitech HD T20p, almal behoort te werk)
• Arduino met 4 PWM -uitgang / analogWrite (drie servo's en die elektromagneetspoel) (ek gebruik die ProTrinket 5V)
• Prototipe bord
• Elektroniese draad (2m)
• Skakel transistor (enige transistor wat 'n 2W spoel kan dryf) (ek het S8050)
• Diode (Schottky is beter)
• 2 weerstande (100Ω, 330Ω)
• Kragtoevoer 5V, 2A
• Servomicro (breedte 13 lengte 29 mm)
• 2 servo's standaard (breedte 20 lengte 38 mm)
• Houtgom
• 4 metaalhoek met skroewe (opsioneel)
• Houtstaaf (30 x 20 x 2400)
• Warm gom
• Geëmailleerde koperdraad (0,2, 0,3 mm deursnee, 5 m) (ou transformator?)
• Sagte yster (16 x 25 x 4 mm)
• 3 gloeilampe met sok
• Connector strip (230V, 6 elemente)
• Elektriese draad met aansluiting (230V) (2 m)
• Lager 625ZZ (binnediameter 5 mm, buitendiameter 16 mm, hoogte 5 mm)
• Lager 608ZZ (binnediameter 8 mm, buitendiameter 22 mm, hoogte 7 mm)
• Lager rb-lyn-317 (binnediameter 3 mm, buitendiameter 8 mm, hoogte 4 mm)
• Tandriem GT2 (2 mm steek, 6 mm breed, 650 mm)
• Skroef M5 x 35
• Skroef M8 x 40
• 8 skroewe M3 x 15
• 4 skroewe M4 x 60
• 6 houtskroewe 2 x 8 mm
• Skroef M3 x 10
• Relay board module (direk beheerbaar deur kontroleerder)

Stap 2: Maak die ligkas

Die ligkas het vier hoofonderdele en 'n paar stutte. Laai hierdie dele af en plak dit vas, behalwe die deurskynende plastiek. Ek het begin met die halwe houtskyf en die geboë muur. U moet die muur rondom die skyf styf hou terwyl dit droog word. Ek het klampe gebruik om die halfskyf en die geboë muurbasis vas te maak. Dan hou 'n band die muur om die halfskyf vas. Tweedens het ek 'n rand vasgeplak om die deurskynende werktafel te weerstaan. Uiteindelik word die plat muur bygevoeg met hout (binne) en metaal (buitekant) regterkant.

Sodra die boks voltooi is, moet u net die gloeilampe byvoeg en die draad en die aansluiting verbind met die verbindingsstrook. Sny die 230V -draad waar dit u pas, en plaas die aflosmodule. Om veiligheidsredes het ek die aflos (230V!) In 'n houtkas toegemaak.

Stap 3: Maak die robotarm

Laai die dele af en sny dit. Om die gordel aan die servomotor vas te maak, het ek stukke skuifspelde gebruik. Ek het die twee gordels aan die servomotor vasgespyker en 'n bietjie gom bygevoeg om seker te maak dat niks beweeg nie.

Vir die lineêre vertikale geleiding moet die suier geskuur word om blokkasies te voorkom. Dit moet glad gly. Sodra dit saamgestel is, kan die hoogte verstel word deur die geleiding op die gewenste lengte te snijden. Hou dit egter so lank as moontlik om oor-middel-slot te voorkom. Die suier word eenvoudig aan die armkas vasgeplak.

Die laers is omhul in die katrolle. Een katrol is gemaak van twee lae laaghout. Hierdie twee lae raak nie noodwendig aan mekaar nie, maar plak dit in plaas daarvan om dit aan mekaar te plak. Die boonste en onderste armplate word onderhou deur vier M3 x 15 skroewe en moere. Die eerste as (groot) is eenvoudig die M8 x 40 skroef en die tweede (klein) die M5 x 35 skroef. Gebruik moere as afstandhouers en kaste vir die armdele.

Stap 4: Maak die elektromagneet

'N Elektromagneet is bloot 'n sagte ysterkern met geëmailleerde draad om dit. Die sagte ysterkern lei die magnetiese veld op die gewenste plek. Die stroom in die geëmailleerde draadkoper skep hierdie magnetiese veld (dit is eweredig). Ook hoe meer draaie jy maak, hoe meer magnetiese veld het jy. Ek het 'n U-vormige yster ontwerp om die magnetiese veld naby die vasgemaakte skroewe te konsentreer en die voorspanningskrag te verhoog.

Sny 'n U-vorm in 'n stuk sagte yster (hoogte: 25mm, breedte: 15mm, ystergedeelte: 5 x 4mm). Dit is baie belangrik om die skerp kante te verwyder voordat u die draad om die U-vormige yster draai. Wees versigtig om dieselfde kronkelrigting te behou (veral as u na die ander kant spring, moet u die draairigting vanuit u oogpunt verander, maar u moet dieselfde rigting hou vanuit die U-vormige yster) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Voordat die spoel na die stroombaan vertak word, moet u die spoelweerstand met 'n multimeter kontroleer en die stroom bereken met die Ohm-wet (U = RI). Ek het meer as 200 draaie op my spoel. Ek stel voor dat jy draai totdat jy net 2 mm ruimte in die U-vorm het.

'N Houthouer is gemaak en die U-vormige yster is met warm gom vasgemaak. Deur twee splete kan die draad aan albei kante vasgemaak word. Uiteindelik word twee penne aan die houthouer vasgespyker. Hulle maak die aansluiting tussen die geëmailleerde koperdraad en die elektroniese draad. Om skade aan die spoel te voorkom, het ek 'n laag warm gom rondom die spoel bygevoeg. Op die laaste prentjie kan u 'n houtdeel sien wat die U-vormige yster toemaak. Die funksie daarvan is om te voorkom dat skroewe in die U-vormige yster vassteek.

Die geëmailleerde draadkoper is uit 'n gebreekte transformator geneem. As u dit doen, moet u seker maak dat die draad nie gebreek is of dat daar geen kortsluitings in die gebruikte gedeelte is nie. Verwyder die band op die ferromagnetiese kern. Maak die ysterskyfies een vir een los met 'n snyer. Verwyder dan die band op die spoel en rol uiteindelik die geëmailleerde draadbeker af. Die sekondêre wikkeling (die spoel met groot deursnee) is gebruik (transformator-ingang 230V, uitset 5V-1A).

Stap 5: Maak die kring

Op 'n prototipe bord het ek die skema hierbo gebou. 'N Bipolêre transistor (S8050) is gebruik om die elektromagneetspoel te skakel. Kontroleer of u transistor die stroom wat in die vorige stap bereken is, kan hanteer. 'N MOSFET is waarskynlik meer geskik in hierdie situasie, maar ek het wat ek gehad het byderhand (en ek wou 'n lae weerstand hê). Pas die twee weerstande aan op u transistor.

In die skema hierbo is die VCC- en GND -ikoon gekoppel aan die + en - van my kragtoevoer. Die servomotors het drie drade: Signal, VCC en GND. Slegs die seindraad is aan die kontroleerder gekoppel, die ander is op die kragtoevoer gekoppel. Die beheerder word aangedryf deur die programmeerkabel.

Stap 6: Die kode

Laaste maar nie die minste nie: Die kode. U vind dit hier:

Daar is een program vir die beheerder (tipe arduino) en 'n ander wat op die rekenaar loop (hopelik binnekort op framboos). Die kode op die kontroleerder is verantwoordelik vir die beplanning van die baan en die een op die rekenaar maak die beeldverwerking en stuur die gevolglike posisie na die beheerder. Die beeldverwerking is gebaseer op OpenCV.

Die rekenaarprogram

Die program neem 'n beeld met die webkamera en die ligte, bespeur die deurskynende werksentrum en radius en korrigeer die uiteindelike beeldrotasie. Uit hierdie waardes bereken die program die robotposisie (ons ken die robotposisie volgens die bord). Die program gebruik die blob detector -funksie van OpenCV om die skroewe en boute op te spoor. Die verskillende soorte blobs word gefiltreer met die beskikbare parameters (oppervlakte, kleur, sirkelvormigheid, konveksiteit, traagheid) om die gewenste komponent te kies. Die gevolg van blobdetektor is die posisie (in pixels) van die geselekteerde blobs. Dan verander 'n funksie hierdie pixelposisies in millimeterposisies in die armkoördinaatstelsel (ortogonaal). 'N Ander funksie bereken die vereiste posisie van elke armverbinding om die elektromagneet op die gewenste posisie te hê. Die resultaat bestaan uit drie hoeke wat uiteindelik na die beheerder gestuur word.

Die beheerder se program

Hierdie program ontvang die verbindingshoeke en beweeg die armdele om hierdie hoeke te bereik. Dit bereken eers die topsnelheid van elke join om die beweging gedurende dieselfde tydsinterval uit te voer. Dan kyk dit of hierdie topsnelhede ooit bereik is; in hierdie geval sal die beweging drie fases volg: versnelling, konstante snelheid en vertraging. As die topsnelheid nie bereik word nie, volg die stap slegs twee fases: versnelling en vertraging. Die oomblikke waarop dit van die een fase na die ander moet oorgaan, word ook bereken. Uiteindelik word die beweging uitgevoer: Met gereelde tussenposes word die nuwe werklike hoeke bereken en gestuur. As dit tyd is om na die nesfase oor te gaan, gaan die uitvoering voort na die volgende fase.

Stap 7: Die finale aanraking

Die raam

'N Raam is bygevoeg om die kamera vas te hou. Ek het gekies om dit met hout te maak, want dit is goedkoop, maklik om mee te werk, maklik om te vind, omgewingsvriendelik, aangenaam om te vorm en dit bly in die styl waarmee ek begin het. Doen 'n beeldtoets met die kamera om te besluit watter hoogte benodig word. Maak dit ook stewig en vas, want ek het opgemerk dat die gevolglike posisie baie sensitief is vir enige kamera-bewegings (ten minste voordat ek die outomatiese opsporingsfunksie by die werkblad bygevoeg het). Die kamera moet in die middel van die werktafel geleë wees en in my geval 520 mm van die deurskynende wit oppervlak.

Die bokse

Soos u op die foto kan sien, is die beweegbare opbergkaste op die plat deel van die werktafel. U kan soveel bokse maak as wat nodig is, maar met my werklike opset is die ruimte redelik beperk. Tog het ek idees om hierdie punt te verbeter (vgl. Toekomstige verbeterings).

Toekomstige verbeterings

• Die tydsriem is tans toegemaak met 'n houtdeel, maar hierdie oplossing beperk die gebied wat die arm kan bereik. Ek moet meer spasie tussen die groot servo en die armas byvoeg of 'n kleiner sluitstelsel maak.
• Die bokse is langs die plat werkbladrand; as ek dit langs die halfsirkelrand sit, het ek baie meer ruimte om bokse by te voeg en baie komponenttipes te sorteer.
• Nou is die blob -opsporingsfilter genoeg om die onderdele te sorteer, maar omdat ek die aantal bokse wil verhoog, moet ek die selektiwiteit verhoog. Om hierdie rede sal ek verskillende herkenningsmetodes probeer.
• Nou het die servomotors wat ek gebruik, nie genoeg reikafstand om by die hele tafel van die halfskyf te kom nie. Ek moet die servo's verander of die verminderingsfaktor tussen die verskillende katrolle verander.
• Sommige probleme kom gereeld voor, so die verbetering van die betroubaarheid is die prioriteit. Daarvoor moet ek die tipe probleme klassifiseer en konsentreer op die meer waarskynlike. Dit is al wat ek gedoen het met die klein stuk hout wat die U-vormige yster en die algoritme van die outomatiese opsporingsentrum toemaak, maar nou word die probleme moeiliker om op te los.
• Maak 'n PCB vir die kontroleerder en die elektroniese stroombaan.
• Migreer die kode na Raspberry pi om 'n losstaande stasie te hê

Tweede prys in die organisasiewedstryd