Ruuvilajittelukone: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Eräänä päivänä laboratoriossa (FabLab Moscow) näin kollegani kiireisen lajittelemassa täysikokoista ruuvia, muttereita, renkaita ja muita laitteita. Pysähdyin hänen viereensä, katselin hetken ja sanoin: "Se olisi täydellinen työ koneelle." Nopean googlettamisen jälkeen huomasin, että erilaisia nerokkaita mekaanisia järjestelmiä oli jo olemassa, mutta ne eivät voineet ratkaista ongelmaamme, koska laatikossamme on laaja valikoima osia. Puhtaasti mekaanisen tekeminen olisi melko monimutkaista. Toinen hyvä syy siirtyä "robottisempaan" järjestelmään oli se, että tämä edellyttäisi kaikkia rakastamiani teknisiä aloja: konenäköä, robotti -aseita ja sähkömekaanisia toimilaitteita!

Tämä kone poimii ruuvit ja asettaa ne eri laatikoihin. Se koostuu robottivarresta, joka käsittelee sähkömagneettia, läpikuultavasta työpöydästä valojen yläpuolella ja kamerasta yläosassa. Kun olet levittänyt ruuveja ja muttereita työpöydälle, valot syttyvät ja kuva otetaan. Algoritmi tunnistaa osan muodot ja palauttaa niiden sijainnit. Lopuksi varsi, jossa on sähkömagneetti, asettaa osat yksitellen haluttuihin laatikoihin.

Tämä projekti on vielä kehitteillä, mutta nyt saan kunnollisia tuloksia, jotka haluan jakaa kanssanne.

Vaihe 1: Työkalut ja materiaalit

Työkalut

• Laserleikkuri
• Kulmahiomakone
• Rautasaha
• Ruuvimeisseli
• Kiinnikkeet (mitä enemmän, sen parempi)
• Kuuma liimapistooli

Materiaali

• Vaneri 3mm (1 m2)
• Vaneri 6mm (300 x 200 mm)
• Valkoinen läpikuultava muovi 4 mm (500 x 250 mm)
• Tietokone (yritän siirtyä vadelmapi: hen)
• Verkkokamera (Logitech HD T20p, kaikkien pitäisi työskennellä)
• Arduino 4 PWM ulostulolla / analogWrite (kolme servoa ja sähkömagneettikäämi) (käytän ProTrinket 5V)
• Prototyyppitaulu
• Elektroninen johto (2 m)
• Kytkintransistori (mikä tahansa transistori, joka voi ajaa 2 W: n kelaa) (minulla on S8050)
• Diodi (Schottky on parempi)
• 2 vastusta (100Ω, 330Ω)
• Virtalähde 5V, 2A
• Servomikro (leveys 13 pituus 29 mm)
• 2 servoa vakiona (leveys 20 pituus 38 mm)
• Puuliima
• 4 metallista kulmaa ruuveilla (valinnainen)
• Puinen sauva (30 x 20 x 2400)
• Kuuma liima
• Emaloitu kuparilanka (halkaisija 0,2, 0,3 mm, 5 m) (vanha muuntaja?)
• Pehmeä rauta (16 x 25 x4 mm)
• 3 lamppua pistorasialla
• Liitäntäliuska (230V, 6 elementtiä)
• Sähköjohto pistorasialla (230V) (2 m)
• Laakeri 625ZZ (sisähalkaisija 5 mm, ulkohalkaisija 16 mm, korkeus 5 mm)
• Laakeri 608ZZ (sisähalkaisija 8 mm, ulkohalkaisija 22 mm, korkeus 7 mm)
• Laakeri rb-lyn-317 (sisähalkaisija 3 mm, ulkohalkaisija 8 mm, korkeus 4 mm)
• Hammashihna GT2 (2 mm jako, 6 mm leveä, 650 mm)
• Ruuvi M5 x 35
• Ruuvi M8 x 40
• 8 ruuvia M3 x 15
• 4 ruuvia M4 x 60
• 6 puuruuvia 2 x 8 mm
• Ruuvi M3 x 10
• Relekorttimoduuli (ohjain voi ohjata suoraan)

Vaihe 2: Tee valolaatikko

Valolaatikossa on neljä pääosaa ja muutamat olkaimet. Lataa nämä osat ja liimaa ne yhteen paitsi läpikuultava muovi. Aloitin puisella puolilevyllä ja kaarevalla seinällä. Sinun on pidettävä seinä kiristettynä levyn ympärille kuivauksen aikana. Käytin kiinnikkeitä puolilevyn ja kaarevan seinäpohjan kiinnittämiseen. Sitten jokin teippi pitää seinän puolilevyn ympärillä. Toiseksi liimasin vanteen kestämään läpikuultavaa työpöytää. Lopuksi litteä seinä lisätään puisilla (sisäpuolella) ja metallisilla (ulkopuolella) oikeilla reunoilla.

Kun laatikko on valmis, sinun on vain lisättävä hehkulamput ja kytkettävä johto ja pistorasia liitäntäliuskaan. Katkaise 230 V: n johto sinulle sopivasta paikasta ja aseta relemoduuli paikalleen. Suljin releen (230V!) Puulaatikkoon turvallisuussyistä.

Vaihe 3: Tee robotin varsi

Lataa osat ja leikkaa ne. Vyön kiinnittämiseksi servomoottoriin käytin paperiliittimiä. Naulain kaksiosaiset hihnat servomoottoriin ja lisäsin liimaa varmistaakseni, ettei mikään liiku.

Lineaarista pystysuoraa ohjausta varten mäntä on hiottava tukosten välttämiseksi. Sen täytyy liukua tasaisesti. Kokoonpanon jälkeen korkeutta voidaan säätää leikkaamalla ohjain halutulle pituudelle. Pidä se kuitenkin mahdollisimman pitkään estääksesi ylikuormituksen. Mäntä on yksinkertaisesti liimattu käsivarsikoteloon.

Laakerit ovat hihnapyörien sisällä. Yksi hihnapyörä on valmistettu kahdesta vanerikerroksesta. Nämä kaksi kerrosta eivät välttämättä kosketa toisiaan, joten liimaamisen sijaan liimaa ne vastaaviin käsilevyihin. Ylä- ja alasivulevyjä ylläpitää neljä M3 x 15 -ruuvia ja mutteria. Ensimmäinen akseli (iso) on yksinkertaisesti M8 x 40 -ruuvi ja toinen (pieni) M5 x 35 -ruuvi. Käytä muttereita varren osien välikappaleina ja kaappina.

Vaihe 4: Tee sähkömagneetti

Sähkömagneetti on yksinkertaisesti pehmeää rautaydintä, jonka ympärillä on emaloitu lanka. Pehmeä rautaydin ohjaa magneettikentän haluttuun kohtaan. Emaloidussa lankakoperissa oleva virta luo tämän magneettikentän (se on verrannollinen). Lisäksi mitä enemmän käännöksiä teet, sitä enemmän sinulla on magneettikenttä. Suunnittelin U-muotoisen raudan keskittämään magneettikentän kiinni otettujen ruuvien lähelle ja lisäämään taivutusvoimaa.

Leikkaa U-muoto pehmeäksi rautaksi (korkeus: 25 mm, leveys: 15 mm, raudan poikkileikkaus: 5 x 4 mm). On erittäin tärkeää poistaa terävät reunat ennen langan kiertämistä U-muotoisen raudan ympärille. Varo pitämästä sama käämityssuunta (etenkin kun hyppäät toiselle puolelle, sinun on muutettava pyörimissuuntaa omasta näkökulmastasi, mutta pidät samaa suuntaa U-muotoisesta rautakulmasta) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Ennen kuin kela haarautuu piiriin, tarkista kelan vastus yleismittarilla ja laske virta Ohmin lailla (U = RI). Minulla on yli 200 kierrosta käämissä. Ehdotan, että tuuletat, kunnes U-muodon sisällä on vain 2 mm tilaa.

Puinen pidike on tehty ja U-muotoinen rauta on kiinnitetty kuumaliimalla. Kaksi rakoa mahdollistavat vaijerin kiinnityksen molemmissa päissä. Lopuksi kaksi nastaa naulataan puupidikkeeseen. Ne muodostavat liitoksen emaloidun cooper -langan ja elektroniikkalangan välillä. Jotta kela ei vahingoitu, lisäsin kerroksen kuumaa liimaa kelan ympärille. Viimeisessä kuvassa voit nähdä puisen osan, joka sulkee U-muotoisen raudan. Sen tehtävänä on estää ruuvien juuttuminen U-muotoisen raudan sisään.

Emaloitu vaijerikoppa on otettu murtuneesta muuntajasta. Jos teet niin, tarkista, että johto ei ole katkennut tai ettei käytetyssä osassa ole oikosulkuja. Poista teippi ferromagneettisesta ytimestä. Irrota kaikki rautaviipaleet yksitellen leikkurilla. Poista sitten teippi kelalta ja kelaa lopuksi emaloitu lankakuppi. Toissijaista käämiä (halkaisijaltaan suuri kela) on käytetty (muuntajan tulo 230V, lähtö 5V-1A).

Vaihe 5: Tee piiri

Rakensin prototyyppitaululle yllä olevan kaavion. Bipolaarista transistoria (S8050) on käytetty sähkömagneettikäämin kytkemiseen. Tarkista, että transistorisi kestää edellisessä vaiheessa lasketun virran. MOSFET on luultavasti sopivampi tässä tilanteessa, mutta otin sen, mitä minulla oli käsillä (ja halusin alhaisen vastuksen). Säädä kaksi vastusta transistorisi mukaan.

Yllä olevassa kaaviossa VCC ja GND -kuvake on kytketty virtalähteeni + ja -. Servomoottoreissa on kolme johtoa: signaali, VCC ja GND. Vain signaalijohto on kytketty ohjaimeen, muut on kytketty virtalähteeseen. Ohjain saa virtaa ohjelmointikaapelista.

Vaihe 6: Koodi

Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä: koodi. Löydät sen täältä:

Ohjaimelle on yksi ohjelma (arduino -tyyppi) ja toinen tietokoneella (toivottavasti pian vadelma). Ohjaimen koodi vastaa radan suunnittelusta, ja tietokoneen koodi suorittaa kuvankäsittelyn ja lähettää tuloksena olevan sijainnin ohjaimelle. Kuvankäsittely perustuu OpenCV: hen.

Tietokoneen ohjelma

Ohjelma ottaa kuvan verkkokameran ja valojen kanssa, tunnistaa läpikuultavan työpöydän keskipisteen ja säteen ja korjaa mahdollisen kuvan pyörimisen. Näistä arvoista ohjelma laskee robotin sijainnin (Tiedämme robotin asennon kilven mukaan). Ohjelma käyttää OpenCV: n blob -ilmaisintoimintoa ruuvien ja pulttien havaitsemiseen. Eri tyyppiset läiskät suodatetaan käytettävissä olevilla parametreilla (pinta -ala, väri, pyöreys, kupera, hitaus) halutun komponentin valitsemiseksi. Blob -ilmaisimen tulos on valittujen blobien sijainti (pikseleinä). Sitten funktio muuntaa nämä pikseliasemat millimetrin asentoiksi käsivarren koordinaatistossa (ortogonaalinen). Toinen toiminto laskee kunkin varren liitoksen vaaditun asennon, jotta sähkömagneetti on halutussa asennossa. Tulos koostuu kolmesta kulmasta, jotka lopulta lähetetään ohjaimelle.

Ohjaimen ohjelma

Tämä ohjelma vastaanottaa liitoskulmat ja liikuttaa käsinoja saavuttaakseen nämä kulmat. Se laskee ensin kunkin liitoksen huippunopeuden suorittaakseen siirron samalla aikavälillä. Sitten se tarkistaa, onko nämä huippunopeudet koskaan saavutettu, tässä tapauksessa siirto seuraa kolmea vaihetta: kiihtyvyys, vakionopeus ja hidastuvuus. Jos huippunopeutta ei saavuteta, liike seuraa vain kahta vaihetta: kiihdytys ja hidastus. Myös hetket, jolloin sen on siirryttävä vaiheesta toiseen, lasketaan. Lopuksi siirto suoritetaan: Säännöllisin väliajoin uudet todelliset kulmat lasketaan ja lähetetään. Jos on aika siirtyä pesivaiheeseen, suoritus jatkuu seuraavaan vaiheeseen.

Vaihe 7: Viimeiset kosketukset

Kehys

Kameraan lisättiin kehys. Päätin tehdä sen puusta, koska se on halpaa, helppo käsitellä, helppo löytää, ympäristöystävällinen, miellyttävä muotoilla ja se pysyy tyylissä, jolla aloin. Tee kuvatesti kameralla päättääksesi, mitä korkeutta tarvitset. Varmista myös, että se on jäykkä ja kiinteä, koska huomasin, että tuloksena oleva sijainti on erittäin herkkä kameran liikkeille (ainakin ennen työpöydän automaattisen tunnistustoiminnon lisäämistä). Kameran on sijaittava työpöydän keskellä ja minun tapauksessani 520 mm päässä läpikuultavasta valkoisesta pinnasta.

Laatikot

Kuten kuvassa näkyy, siirrettävät säilytyslaatikot ovat työpöydän tasaisella osalla. Voit tehdä niin monta laatikkoa kuin tarvitaan, mutta varsinaisella kokoonpanollani tila on melko rajallinen. Minulla on kuitenkin ideoita tämän asian parantamiseksi (vrt. Tulevat parannukset).

Tulevat parannukset

• Tällä hetkellä jakohihna on suljettu puisella osalla, mutta tämä ratkaisu rajoittaa käsivarren ulottuvuutta. Minun täytyy lisätä tilaa suuren servon ja varren akselin väliin tai tehdä pienempi sulkemisjärjestelmä.
• Laatikot ovat litteää työpöydän reunaa pitkin, jos laitan sen puoliympyrän reunaa pitkin, minulla olisi paljon enemmän tilaa laatikoiden lisäämiseen ja monien komponenttityyppien lajitteluun.
• Nyt möykkyjen havaitsemissuodatin riittää osien lajitteluun, mutta koska haluan lisätä laatikoiden määrää, tarvitsen lisäystä valikoivuuteen. Tästä syystä kokeilen erilaisia tunnistusmenetelmiä.
• Nyt käyttämilläni servomoottoreilla ei ole riittävää kantamaa saavuttaakseen koko puolilevyistä työpöytää. Minun on vaihdettava servoja tai muutettava vähennyskertoimia eri hihnapyörien välillä.
• Joitakin ongelmia esiintyy melko usein, joten luotettavuuden parantaminen on etusijalla. Tätä varten minun on luokiteltava ongelmatyypit ja keskityttävä todennäköisempiin. Näin tein jo pienellä puukappaleella, joka sulkee U-muotoisen raudan ja automaattisen tunnistuskeskuksen algoritmin, mutta nyt ongelmista tulee monimutkaisempia.
• Tee piirilevy ohjaimelle ja elektroniselle piirille.
• Siirrä koodi Raspberry pi: lle, jotta saat erillisen aseman

Toinen palkinto järjestökilpailussa