Машина за сортиране на винтове: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Един ден в лабораторията (FabLab Москва) видях моя колега, зает да сортира пълна кутия с винтове, гайки, пръстени и друг хардуер. Спирайки до него, гледах за секунда и казах: „Това би било перфектна работа за една машина“. След бърз поглед в google видях, че различни гениални механични системи вече съществуват, но те не могат да решат проблема ни, защото в нашата кутия има голямо разнообразие от части. Правенето на нещо чисто механично би било доста сложно. Другата добра причина да отидете на по -„роботизирана“система беше, защото това ще изисква всички технически области, които обичам: машинно виждане, роботизирани ръце и електромеханични задвижвания!

Тази машина взема винтовете и ги поставя в различни кутии. Състои се от роботизирана ръка, която борави с електромагнит, полупрозрачна работна маса над светлините и камера отгоре. След разпръскване на някои винтове и гайки върху работната маса, светлините се включват и се прави снимка. Алгоритъм открива формите на детайлите и връща техните позиции. Накрая рамото с електромагнита поставя частите една по една в желаните кутии.

Този проект все още се развива, но сега получавам достойни резултати, които искам да споделя с вас.

Стъпка 1: Инструменти и материали

Инструменти

• Лазерен нож
• Ъглошлайф
• Ножовка
• Отвертка
• Скоби (колкото повече, толкова по -добре)
• Пистолет за горещо лепило

Материал

• Шперплат 3 мм (1 м2)
• Шперплат 6 мм (300 х 200 мм)
• Бяла полупрозрачна пластмаса 4 мм (500 х 250 мм)
• Компютър (опитвам се да премина към малиново пи)
• Уеб камера (Logitech HD T20p, всеки трябва да работи)
• Arduino с 4 PWM изхода / аналогов запис (три серво и електромагнитна намотка) (използвам ProTrinket 5V)
• Прототипна дъска
• Електронен проводник (2 м)
• Превключващ транзистор (всеки транзистор, който може да управлява 2W бобина) (имам S8050)
• Диод (Шотки е по -добър)
• 2 резистора (100Ω, 330Ω)
• Захранване 5V, 2A
• Серво микро (ширина 13 дължина 29 мм)
• 2 стандартни сервомотора (ширина 20 дължина 38 мм)
• Лепило за дърво
• 4 метален ъгъл с винтове (по избор)
• Дървен прът (30 x 20 x 2400)
• Горещо лепило
• Емайлирана медна жица (0,2, 0,3 мм диаметър, 5 м) (стар трансформатор?)
• Меко желязо (16 x 25 x4 мм)
• 3 крушки с гнездо
• Съединителна лента (230V, 6 елемента)
• Електрически проводник с гнездо (230V) (2 m)
• Лагер 625ZZ (вътрешен диаметър 5 мм, външен диаметър 16 мм, височина 5 мм)
• Лагер 608ZZ (вътрешен диаметър 8 мм, външен диаметър 22 мм, височина 7 мм)
• Лагер rb-lyn-317 (вътрешен диаметър 3 мм, външен диаметър 8 мм, височина 4 мм)
• Зъбен ремък GT2 (стъпка 2 мм, широчина 6 мм, 650 мм)
• Винт M5 x 35
• Винт M8 x 40
• 8 винта M3 x 15
• 4 винта M4 x 60
• 6 винта за дърво 2 x 8 мм
• Винт M3 x 10
• Модул на релейната платка (директно управление от контролер)

Стъпка 2: Направете Light Box

Светлинната кутия има четири основни части и някои скоби. Изтеглете тези части и ги залепете, с изключение на полупрозрачната пластмаса. Започнах с дървения полудиск и извитата стена. Трябва да държите стената стегната около диска по време на сушенето. Използвах скоби, за да закрепя половината диск и основата на извитата стена. След това някаква лента поддържа стената около половината диск. Второ, залепих джанта, за да издържа на полупрозрачната работна маса. Накрая плоската стена се добавя с дървени (отвътре) и метални (отвън) десни ръбове.

След като кутията е завършена, просто трябва да добавите крушките и да свържете проводника и гнездото с конекторната лента. Нарежете проводника 230V, където ви е удобно, и поставете релейния модул. Затворих релето (230V!) В дървена кутия от съображения за сигурност.

Стъпка 3: Направете ръката на робота

Изтеглете частите и ги изрежете. За да закрепя колана на сервомотора използвах парчета кламери. Заковах двата детайлни колана на сервомотора и добавих малко лепило, за да съм сигурен, че нищо не се движи.

За линейно вертикално насочване буталото трябва да се шлайфа, за да се избегне блокиране. Тя трябва да се плъзга плавно. Веднъж сглобена, височината може да се регулира чрез изрязване на направляващите на желаната дължина. Пазете го колкото е възможно по-дълго, за да предотвратите заключване над центъра. Буталото е просто залепено за кутията на рамото.

Лагерите са затворени вътре в ролките. Една ролка е направена от два слоя шперплат. Не е задължително тези два слоя да се допират един до друг, така че вместо да ги залепите, залепете ги към съответната им рамо. Плочите на горната и долната част на рамото се поддържат от четири винта и гайки M3 x 15. Първата ос (голяма) е просто винт M8 x 40, а втората (малка) винт M5 x 35. Използвайте гайки като дистанционни елементи и шкафчета за частите на рамото.

Стъпка 4: Направете електромагнита

Електромагнитът е просто мека желязна сърцевина с емайлирана медна тел около нея. Ядрото от меко желязо води магнитното поле на желаното място. Токът в емайлирана медна тел създава това магнитно поле (то е пропорционално). Също така колкото повече завои правите, толкова по -магнитно поле имате. Проектирах U-образна ютия, за да концентрирам магнитното поле в близост до захванатите винтове и да увелича силата на предварително натягане.

Нарежете U-образна форма на парче меко желязо (височина: 25 мм, ширина: 15 мм, напречно сечение на желязо: 5 х 4 мм). Много е важно да премахнете острите ръбове, преди да навиете жицата около U-образната ютия. Внимавайте да запазите същата посока на навиване (особено когато скачате от другата страна, трябва да промените посоката на въртене от вашата гледна точка, но запазвате същата посока от U-образната желязна гледна точка) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Преди да разклоните бобината към веригата, проверете съпротивлението на бобината с мултицет и изчислете тока със закона на Ом (U = RI). Имам повече от 200 оборота на бобината си. Предлагам ви да навивате, докато имате само 2 мм пространство вътре в U-образната форма.

Направен е дървен държач и U-образната ютия е закрепена с горещо лепило. Два прореза позволяват закрепването на проводника в двата края. Накрая два щифта са заковани върху дървения държач. Те осъществяват връзката между емайлирания мед и електронен проводник. За да предотвратя повреда на бобината, добавих слой горещо лепило около бобината. На последната снимка можете да наблюдавате дървена част, която затваря U-образната ютия. Неговата функция е да предотврати забиването на винтове вътре в U-образната ютия.

Емайлираният меден проводник е взет от счупен трансформатор. Ако го направите, проверете дали проводникът не е прекъснат или няма късо съединение в използваната част. Отстранете лентата на феромагнитното ядро. С резачка отделете един по един всички железни филийки. След това отстранете лентата на бобината и накрая развийте емайлирания тел. Използвана е вторичната намотка (бобина с голям диаметър) (трансформаторен вход 230V, изход 5V-1A).

Стъпка 5: Направете веригата

На прототипна дъска изградих схемата по -горе. За превключване на електромагнитната бобина е използван биполярен транзистор (S8050). Проверете дали вашият транзистор може да се справи с тока, изчислен в предишната стъпка. MOSFET вероятно е по-подходящ в тази ситуация, но взех това, което имах под ръка (и исках ниско съпротивление). Настройте двата резистора към вашия транзистор.

В схемата по -горе иконата VCC и GND са свързани към + и - на моето захранване. Сервомоторите имат три проводника: Signal, VCC и GND. Само сигналният проводник е свързан към контролера, другите са свързани към захранването. Контролерът се захранва от кабела на програмиста.

Стъпка 6: Кодът

Не на последно място: Кодът. Ще го намерите тук:

Има една програма за контролера (тип arduino) и друга, която работи на компютъра (надявам се скоро на малинка). Кодът на контролера е отговорен за планирането на траекторията, а този на компютъра извършва обработката на изображението и изпраща получената позиция до контролера. Обработката на изображения се основава на OpenCV.

Програмата на компютъра

Програмата прави изображение с уеб камерата и светлините, открива полупрозрачния център и радиус на работната маса и коригира евентуалното завъртане на изображението. От тези стойности програмата изчислява позицията на робота (Познаваме позицията на робота според таблицата). Програмата използва функцията за откриване на петна на OpenCV за откриване на винтовете и болтовете. Различните видове петна се филтрират с наличните параметри (площ, цвят, кръговина, изпъкналост, инерция), за да се избере желаният компонент. Резултатът от детектора на петна е позицията (в пиксели) на избраните петна. След това функция трансформира тези позиции на пиксели в милиметрови позиции в координатната система на рамото (ортогонална). Друга функция изчислява необходимото положение на всяко съединение на рамото, за да бъде електромагнитът в желаната позиция. Резултатът се състои от три ъгъла, които накрая се изпращат към контролера.

Програмата на контролера

Тази програма получава ъглите на съединяване и премества частите на рамото, за да достигне тези ъгли. Първо изчислява максималната скорост на всяко съединяване, за да извърши движението през същия интервал от време. След това проверява дали тези максимални скорости някога са достигнати, в този случай движението ще следва три фази: ускорение, постоянна скорост и забавяне. Ако максималната скорост не бъде достигната, ходът ще следва само две фази: ускорение и забавяне. Изчисляват се и моментите, в които трябва да премине от една фаза в друга. Накрая ходът се изпълнява: На редовни интервали се изчисляват и изпращат новите действителни ъгли. Ако е време да преминете към фазата на гнездо, изпълнението продължава към следващата фаза.

Стъпка 7: Последните щрихи

Рамката

Добавена е рамка за държане на камерата. Избрах да го направя с дърво, защото е евтино, лесно за работа, лесно за намиране, екологично, приятно за оформяне и остава в стила, с който започнах. Направете тест с изображение с камерата, за да решите каква височина е необходима. Също така не забравяйте да го направите твърд и фиксиран, защото забелязах, че получената позиция е много чувствителна към всяко движение на камерата (поне преди да добавя функцията за автоматично разпознаване на работната маса). Камерата трябва да бъде разположена в центъра на работната маса и в моя случай на 520 мм от полупрозрачната бяла повърхност.

Кутиите

Както можете да видите на снимката, подвижните кутии за съхранение са върху плоската част на работната маса. Можете да направите толкова кутии, колкото е необходимо, но с моята действителна настройка мястото е доста ограничено. Въпреки това имам идеи да подобря тази точка (вж. Бъдещи подобрения).

Бъдещи подобрения

• За момента зъбният колан е затворен с дървена част, но това решение ограничава зоната, до която рамото може да достигне. Трябва да добавя повече пространство между голямото серво и оста на рамото или да направя по -малка система за затваряне.
• Кутиите са по плоския ръб на работната маса, ако го сложа по ръба на полукръга, ще имам много повече място за добавяне на кутии и сортиране на много типове компоненти.
• Сега филтърът за откриване на петна е достатъчен за сортиране на частите, но тъй като искам да увелича броя на кутиите, ще се нуждая от увеличаването на селективността. Поради тази причина ще опитам различни методи за разпознаване.
• Сега сервомоторите, които използвам, нямат достатъчен обхват, за да достигнат цялата половин дискова работна маса. Трябва да сменя сервомоторите или да променя редукционния коефициент между различните ролки.
• Някои проблеми възникват доста често, така че подобряването на надеждността е приоритет. За това трябва да класифицирам типа проблеми и да се концентрирам върху по -вероятните. Това вече направих с малкото парче дърво, което затваря U-образната ютия и алгоритъма на центъра за автоматично откриване, но сега проблемите стават по-сложни за решаване.
• Направете печатна платка за контролера и електронната схема.
• Мигрирайте кода към Raspberry pi, за да имате самостоятелна станция

Втора награда в организационния конкурс