מכונת מיון בורג: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

יום אחד במעבדה (FabLab מוסקבה) ראיתי את עמיתי עסוק במיון ארגז שלם של ברגים, אגוזים, טבעות וחומרה אחרת. עצרתי לידו, הסתכלתי שנייה ואמרתי: "זו תהיה עבודה מושלמת למכונה". לאחר מבט מהיר בגוגל ראיתי שכבר קיימות מערכות מכאניות גאוניות שונות אך הן לא יכלו לפתור את הבעיה שלנו מכיוון שבקופסה שלנו יש מגוון רחב של חלקים. לעשות משהו מכני גרידא יהיה די מסובך. סיבה טובה נוספת ללכת למערכת "רובוטית" יותר הייתה כי הדבר ידרוש את כל התחומים הטכניים שאני אוהב: ראיית מכונה, זרועות רובוטיות ומפעילים אלקטרומכניים!

מכונה זו בוחרת את הברגים ומניחה אותם בקופסאות שונות. הוא מורכב בזרוע רובוטית המטפלת באלקטרומגנט, שולחן עבודה שקוף מעל אורות ומצלמה בחלקו העליון. לאחר פיזור כמה ברגים ואומים על שולחן העבודה, האורות נדלקים וצולמת תמונה. אלגוריתם מזהה את צורות החלק ומחזיר את מיקומם. לבסוף הזרוע עם האלקטרומגנט ממקמת את החלקים אחד אחד בתיבות הרצויות.

פרויקט זה עדיין בפיתוח אך כעת אני משיג תוצאות הגונות שאני רוצה לחלוק אתכם.

שלב 1: כלים וחומרים

כלים

• חותך לייזר
• דיסק חיתוך
• מַסוֹר לְמַתֶכֶת
• מברג
• מהדקים (כמה שיותר יותר טוב)
• אקדח דבק חם

חוֹמֶר

• דיקט 3 מ"מ (1 מ"ר)
• דיקט 6 מ"מ (300 x 200 מ"מ)
• פלסטיק שקוף לבן 4 מ"מ (500 x 250 מ"מ)
• מחשב (אני מנסה לעבור לפאי פטל)
• מצלמת אינטרנט (Logitech HD T20p, כל אחד צריך לעבוד)
• Arduino עם 4 פלט PWM / analogWrite (שלושה סרווס וסליל האלקטרומגנט) (אני משתמש ב- ProTrinket 5V)
• לוח אב טיפוס
• חוט אלקטרוני (2 מ ')
• טרנזיסטור מיתוג (כל טרנזיסטור שיכול להניע סליל 2W) (יש לי S8050)
• דיודה (שוטקי טוב יותר)
• 2 נגדים (100Ω, 330Ω)
• ספק כוח 5V, 2A
• סרוו מיקרו (רוחב 13 אורך 29 מ"מ)
• 2 סרוו סטנדרטי (רוחב 20 אורך 38 מ"מ)
• דבק לעץ
• 4 פינות מתכתיות עם ברגים (אופציונלי)
• מוט עץ (30 x 20 x 2400)
• דבק חם
• חוט נחושת אמייל (0.2, 0.3 מ"מ קוטר, 5 מ ') (שנאי ישן?)
• ברזל רך (16 x 25 x4 מ"מ)
• 3 נורות עם שקע
• רצועת מחברים (230V, 6 אלמנטים)
• חוט חשמלי עם שקע (230V) (2 מ ')
• מיסב 625ZZ (קוטר פנימי 5 מ"מ, קוטר חיצוני 16 מ"מ, גובה 5 מ"מ)
• מיסב 608ZZ (קוטר פנימי 8 מ"מ, קוטר חיצוני 22 מ"מ, גובה 7 מ"מ)
• מיסב rb-lyn-317 (קוטר פנימי 3 מ"מ, קוטר חיצוני 8 מ"מ, גובה 4 מ"מ)
• חגורת תזמון GT2 (2 מ"מ גובה, 6 מ"מ רוחב, 650 מ"מ)
• בורג M5 x 35
• בורג M8 x 40
• 8 ברגים M3 x 15
• 4 ברגים M4 x 60
• 6 ברגי עץ 2 x 8 מ"מ
• בורג M3 x 10
• מודול לוח ממסר (ניתן לשליטה ישירה על ידי בקר)

שלב 2: הכינו את קופסת האור

ארגז התאורה כולל ארבעה חלקים עיקריים וכמה פלטות. הורד את החלקים האלה והדבק אותם יחד למעט הפלסטיק השקוף. התחלתי בחצי הדיסק מעץ ובקיר המעוקל. עליך להקפיד להדק את הקיר סביב הדיסק במהלך הייבוש. השתמשתי במלחצים כדי לאבטח את חצי הדיסק ואת בסיס הקיר המעוקל. ואז סרט דבק שומר על הקיר סביב חצי הדיסק. שנית, הדבקתי שפה כדי לעמוד בשולחן העבודה השקוף. לבסוף מתווסף הקיר השטוח עם קצוות ימין מעץ (בפנים) ומתכתיים (חיצוניים).

לאחר שהקופסה הושלמה, אתה רק צריך להוסיף את הנורות ולחבר את החוט ואת השקע עם רצועת המחבר. חותכים את חוט 230V היכן שנוח לכם והכנסו את מודול הממסר. סגרתי את הממסר (230V!) בקופסת עץ מטעמי אבטחה.

שלב 3: צור את זרוע הרובוט

הורד את החלקים וחתך אותם. כדי להדק את החגורה על המנוע, השתמשתי בפיסות מהדקים. מסמרתי את שתי החגורות החלקות על המנוע והוספתי קצת דבק כדי להיות בטוח ששום דבר לא זז.

לצורך ההנחיה האנכית הלינארית, יש לשייף את הבוכנה כדי להימנע מחסימה. זה צריך להחליק בצורה חלקה. לאחר ההרכבה ניתן להתאים את הגובה על ידי חיתוך ההנחיה באורך הרצוי. עם זאת, שמור אותו זמן רב ככל האפשר על מנת למנוע נעילה מרכזית יתר. הבוכנה מודבקת פשוט לקופסת הזרוע.

המסבים סגורים בתוך הגלגלות. גלגלת אחת בנויה משתי שכבות דיקט. שתי השכבות הללו אינן בהכרח נוגעות זו בזו, כך שבמקום להדביק אותן יחד, הדביקו אותן לצלחת הזרוע המתאימה להן. צלחות הזרוע העליונות והמורדות נשמרות על ידי ארבעה בורג ואומים M3 x 15. הציר הראשון (הגדול) הוא פשוט בורג M8 x 40 והשני (קטן) בורג M5 x 35. השתמש באומים כמרווחים ולוקרים לחלקי הזרוע.

שלב 4: הפוך את האלקטרומגנט

אלקטרומגנט הוא פשוט ליבת ברזל רכה עם סביבו חוט אמייל. ליבת הברזל הרכה מנחה את השדה המגנטי במקום הרצוי. הזרם בקו התיל האמייל יוצר שדה מגנטי זה (הוא פרופורציונלי). גם ככל שתעשה יותר סיבובים כך יש לך יותר שדה מגנטי. עיצבתי ברזל בצורת U כדי לרכז את השדה המגנטי ליד הברגים שנתפסו ולהגביר את כוח ההקדם.

חותכים צורת U לחתיכת ברזל רך (גובה: 25 מ"מ, רוחב: 15 מ"מ, חתך ברזל: 5 x 4 מ"מ). חשוב מאוד להסיר את הקצוות החדים לפני פיתול החוט סביב הברזל בצורת U. היזהר לשמור על אותו כיוון מתפתל (במיוחד כאשר אתה קופץ לצד השני, עליך לשנות את כיוון הסיבוב מנקודת המבט שלך אך עליך לשמור על אותו כיוון מנקודת המבט של הברזל בצורת U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) לפני הסתעפות הסליל למעגל, בדוק את התנגדות הסליל בעזרת מולטימטר וחשב את הזרם בעזרת חוק אוהם (U = RI). יש לי יותר מ -200 סיבובים על הסליל שלי. אני מציע לך להתפתל עד שיהיה לך רק 2 מ"מ שטח בתוך צורת ה- U.

נוצר מחזיק עץ והברזל בצורת U מאובטח בעזרת דבק חם. שני חריצים מאפשרים לאבטח את החוט משני קצותיו. לבסוף שני סיכות מסומרות על מחזיק העץ. הם יוצרים את הצומת בין חוט הקופר האמייל לבין החוט האלקטרוני. כדי למנוע נזק לסליל, הוספתי שכבה של דבק חם מסביב לסליל. בתמונה האחרונה ניתן לצפות בחלק עץ שסוגר את הברזל בצורת U. תפקידו למנוע כל ברגים להיתקע בתוך הברזל בצורת U.

קופסת התיל האמייל נלקחה משנאי שבור. אם אתה עושה זאת, בדוק שהחוט אינו שבור או שאין לו מעגלים קצרים בחלק המשומש. הסר את הקלטת על הליבה הפרומגנטית. בעזרת חותכן מנתקים בזה אחר זה את כל פרוסות הברזל. לאחר מכן הסר את הקלטת שעל הסליל ולבסוף נפרק את קופר החוט האמאיל. נעשה שימוש בפיתול המשני (הסליל בקוטר הגדול) (כניסת שנאי 230V, פלט 5V-1A).

שלב 5: צור את המעגל

על לוח אב טיפוס בניתי את הסכימה למעלה. טרנזיסטור דו קוטבי (S8050) שימש להחלפת סליל האלקטרומגנט. בדוק שהטרנזיסטור שלך יכול להתמודד עם הזרם המחושב בשלב הקודם. MOSFET כנראה מתאים יותר בסיטואציה הזו אבל לקחתי מה שיש לי ביד (ורציתי עמידות נמוכה). התאם את שני הנגדים לטרנזיסטור שלך.

בסכימה למעלה, סמל VCC ו- GND מחוברים ל- + ו- - של ספק הכוח שלי. ל servomotors יש שלושה חוטים: אות, VCC ו- GND. רק חוט האות מחובר לבקר, האחרים מחוברים לספק הכוח. הבקר מופעל על ידי כבל המתכנת.

שלב 6: הקוד

אחרון חביב: הקוד. תוכלו למצוא אותו כאן:

יש תוכנית אחת לבקר (סוג ארדואינו) ותוכנית נוספת שרצה על המחשב (בתקווה בקרוב על פטל). הקוד בבקר אחראי על תכנון מסלול וזה שבמחשב מבצע את עיבוד התמונה ושולח את המיקום שהתקבל לבקר. עיבוד התמונה מבוסס על OpenCV.

תוכנית המחשב

התוכנית מצלמת תמונה עם מצלמת הרשת והאורות, מזהה את מרכז השולחן ואת הרדיוס השקוף ומתקנת את סיבוב התמונה בסופו של דבר. מערכים אלה, התוכנית מחשבת את מיקום הרובוט (אנו יודעים את מיקום הרובוט בהתאם ללוח). התוכנית משתמשת בפונקציית גלאי הבלוקים של OpenCV כדי לזהות את הברגים והברגים. סוגים שונים של כתמים מסוננים בעזרת הפרמטרים הזמינים (שטח, צבע, מעגליות, קמורות, אינרציה) על מנת לבחור את הרכיב הרצוי. התוצאה של גלאי כתמים היא המיקום (בפיקסלים) של הכתמים הנבחרים. ואז פונקציה הופכת את מיקומי הפיקסלים למיקומים של מילימטרים במערכת קואורדינטות הזרוע (אורתוגונלית). פונקציה נוספת מחשבת את המיקום הנדרש של כל זרוע צירוף כדי שהאלקטרומגנט יהיה במיקום הרצוי. התוצאה מורכבת משלוש זוויות שנשלחות לבסוף לבקר.

תוכנית הבקר

תוכנית זו מקבלת את זוויות החיבור ומזיזה את חלקי הזרוע כדי להגיע לזוויות אלה. תחילה הוא מחשב את המהירות המרבית של כל הצטרפות על מנת לבצע את המהלך באותו מרווח זמן. ואז הוא בודק אם המהירות הטובות ביותר האלה הגיעו אי פעם, במקרה זה המהלך יעקוב אחר שלושה שלבים: האצה, מהירות קבועה והאטה. אם לא תגיע המהירות המרבית, המהלך יעקוב אחר שני שלבים בלבד: האצה והאטה. הרגעים שבהם עליו לעבור משלב אחד לשני מחושבים גם הם. לבסוף המהלך מבוצע: במרווחי זמן קבועים, הזוויות האמיתיות החדשות מחושבות ונשלחות. אם הגיע הזמן לעבור לשלב הקן, הביצוע ממשיך לשלב הבא.

שלב 7: הנגיעות האחרונות

המסגרת

נוספה מסגרת להחזיק את המצלמה. בחרתי להכין אותו עם עץ כי הוא זול, קל לעבודה, קל למצוא, ידידותי לסביבה, נעים לעיצוב והוא נשאר בסגנון שהתחלתי איתו. בצע בדיקת תמונה עם המצלמה כדי להחליט מה הגובה הדרוש. הקפד גם להפוך אותו לנוקשה ומתוקן מכיוון ששמתי לב שהמיקום שהתקבל רגיש מאוד לכל מהלכי מצלמה (לפחות לפני שהוספתי את פונקציית הזיהוי האוטומטי של שולחן העבודה). המצלמה צריכה להיות ממוקמת במרכז שולחן העבודה, ובמקרה שלי, 520 מ מ מהמשטח הלבן השקוף.

הקופסאות

כפי שאתה יכול לראות בתמונה, קופסאות האחסון הנעות נמצאות בחלק השטוח של שולחן העבודה. אתה יכול להכין כמה שיותר קופסאות לפי הצורך, אך עם ההתקנה האמיתית שלי, המקום די מוגבל. אף על פי כן יש לי רעיונות לשיפור נקודה זו (השוו שיפורים עתידיים).

שיפורים עתידיים

• כרגע חגורת התזמון סגורה עם חלק מעץ אך פתרון זה מגביל את האזור שאליו הזרוע יכולה להגיע. אני צריך להוסיף יותר מרווח בין הסרוו הגדול לציר הזרוע או ליצור מערכת סגירה קטנה יותר.
• הקופסאות נמצאות לאורך קצה שולחן העבודה השטוח, אם הייתי שמה אותו לאורך קצה חצי העיגול, יהיה לי הרבה יותר מקום להוסיף קופסאות ולמיין סוגי רכיבים רבים.
• כעת מסנן זיהוי הכתמים מספיק למיון החלקים אך מכיוון שאני רוצה להגדיל את מספר הקופסאות, אצטרך להגדיל את הסלקטיביות. מסיבה זו אנסה שיטות זיהוי שונות.
• כעת למנועי הסרומוטור בהם אני משתמש אין מספיק טווח כדי להגיע לכל שולחן העבודה של חצי הדיסק. אני צריך להחליף את סרוו או לשנות את גורם ההפחתה בין הגלגלות השונות.
• כמה בעיות מתרחשות לעתים קרובות למדי ולכן שיפור האמינות הוא בראש סדר העדיפויות. לשם כך אני צריך לסווג את סוג הבעיות ולהתרכז בסבירות הגבוהה יותר. זה כבר מה שעשיתי עם חתיכת העץ הקטנה שסוגרת את הברזל בצורת U ואת האלגוריתם של מרכז הגילוי האוטומטי, אך כעת הנושאים הופכים מסובכים יותר לפתרון.
• צור PCB לבקר ולמעגל האלקטרוני.
• העבר את הקוד ל- Raspberry pi כדי לקבל תחנה עצמאית

פרס שני בתחרות הארגון