Sorter Bin - Detect at Pagbukud-bukurin ang Iyong Basurahan: 9 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Nakita mo na ba ang isang tao na hindi nagre-recycle o ginagawa ito sa isang masamang paraan?

Nais mo na ba ang isang makina na magre-recycle para sa iyo?

Patuloy na basahin ang aming proyekto, hindi mo ito pagsisisihan!

Ang Sorter bin ay isang proyekto na may isang malinaw na pagganyak ng pagtulong sa pag-recycle sa mundo. Tulad ng nalalaman, ang kakulangan ng pag-recycle ay nagdudulot ng mga seryosong problema sa ating planeta, tulad ng pagkawala ng mga hilaw na materyales at kontaminasyon sa dagat, bukod sa iba pa.

Para sa kadahilanang iyon, nagpasya ang aming koponan na bumuo ng isang proyekto sa isang maliit na sukat: isang sorter bin na maaaring paghiwalayin ang basura sa iba't ibang mga tatanggap depende sa kung ang materyal ay metal o hindi metal. Sa mga hinaharap na bersyon, ang sorter bin na iyon ay maaaring ma-extrapolate sa isang malaking sukat, pinapayagan ang paghati ng basura sa lahat ng iba't ibang mga uri ng materyal (kahoy, plastik, metal, organikong…).

Dahil ang pangunahing layunin ay upang makilala ang pagitan ng metal o di-metal, ang sorter bin ay lalagyan ng mga inductive sensor, ngunit mayroon ding mga ultrasonic sensor upang makita kung mayroong isang bagay sa basurahan. Bukod dito, ang basurahan ay mangangailangan ng isang tuwid na kilusan upang ilipat ang basura sa dalawang kahon, kaya't napili ang stepper motor.

Sa mga susunod na seksyon, ipapaliwanag ang proyektong ito nang sunud-sunod.

Hakbang 1: Paano Ito Gumagana

Ang sorter bin ay idinisenyo upang gawing madali ang gawain para sa gumagamit: ang basura ay dapat ipakilala sa pamamagitan ng butas na inilalagay sa itaas na plato, ang dilaw na pindutan ay kailangang pindutin at magsimula ang proseso, na nagtatapos sa basura sa isa ng mga tatanggap. Ngunit ang tanong ngayon ay … paano gumagana ang prosesong iyon sa loob?

Kapag nasimulan na ang proseso ang berdeng LED ay ilaw. Pagkatapos ang mga ultrasonic sensor, na nakakabit sa tuktok na plato sa pamamagitan ng isang suporta, simulan ang kanilang gawain upang matukoy kung mayroong isang bagay sa loob ng kahon o hindi.

Kung walang anumang bagay sa loob ng kahon, ang pulang LED ay nakabukas at ang berde ay naka-off. Sa kabaligtaran, kung mayroong isang bagay, ang mga inductive sensor ay isasaaktibo upang makita kung ang bagay ay metal o hindi metal. Kapag natukoy na ang uri ng materyal, ang pula at dilaw na LEDs ay bubuksan at ang kahon ay lilipat patungo sa isang direksyon o sa kabaligtaran depende sa uri ng materyal, na itinutulak ng stepper motor.

Kapag dumating ang kahon sa dulo ng stroke at ang bagay ay nahulog sa tamang tatanggap, ang kahon ay babalik sa paunang posisyon. Sa wakas, sa kahon sa paunang posisyon, ang dilaw na LED ay papatayin. Ang manunuya ay magiging handa na upang magsimula muli sa parehong pamamaraan. Ang prosesong ito na inilarawan sa huling mga talata ay ipinapakita din sa larawan ng tsart ng daloy ng trabaho na naka-attach sa Hakbang 6: Programming.

Hakbang 2: Bill of Materials (BOM)

Mga bahagi ng mekanikal:

• Bumili ng mga bahagi para sa ilalim na istraktura
  • Istrakturang metal [Link]
  • Gray box [Link]

• 3d printer

  PLA para sa lahat ng mga nakalimbag na bahagi (maaari ring magamit ang iba pang mga materyales, tulad ng ABS)

• Laser cutting machine

  • MDF 3mm
  • Plexiglass 4mm
• Linear Bearing Set [Link]
• Linear Bearing [Link]
• Baras [Link]
• May hawak ng baras (x2) [Link]

Mga elektronikong bahagi:

• Motor

  Linear Stepper Motor Nema 17 [Link]

• Baterya

  12 v Baterya [Link]

• Mga sensor

  • 2 Ultrasonic sensor HC-SR04 [Link]
  • 2 Mga inductive sensor LJ30A3-15 [Link]

• Microcontroller

  1 arduino UNO board

• Karagdagang mga sangkap

  • DRV8825 Driver
  • 3 LEDs: pula, berde at kahel
  • 1 pindutan
  • Ang ilang mga tumatalon na wire, wires at soldering plate
  • Breadboard
  • USB cable (koneksyon sa Arduino-PC)
  • Kapasitor: 100uF

Hakbang 3: Disenyo ng Mekanikal

Sa mga nakaraang larawan, ipinapakita ang lahat ng mga bahagi ng pagpupulong.

Para sa disenyo ng makina, ang SolidWorks ay ginamit bilang programa ng CAD. Ang iba't ibang mga bahagi ng pagpupulong ay dinisenyo na isinasaalang-alang ang pamamaraan ng pagmamanupaktura alin ang gagawin nilang paggawa.

Mga bahagi ng hiwa ng laser:

• MDF 3mm

  • Mga haligi
  • Nangungunang plate
  • Suporta ng mga ultrasonic sensor
  • Sumusuporta ang mga inductive sensor
  • Kahon ng basura
  • Suporta ng baterya
  • Suporta ng Breadboard at Arduino

• Plexiglass 4mm

  Platform

Mga naka-print na bahagi ng 3D:

• Batayan ng mga haligi
• Ang elemento ng paghahatid ng linear na paggalaw mula sa stepper motor
• Mga sumusuporta sa stepper motor at tindig
• Mga bahagi sa pag-aayos ng pader para sa kahon ng basura

Para sa pagmamanupaktura ng bawat isa sa mga bahaging ito, ang. STEP na mga file ay dapat na mai-import sa tamang format, depende sa makina na gagamitin para sa hangaring iyon. Sa kasong ito, ginamit ang.dxf file para sa laser cut machine at.gcode files para sa 3D printer (Ultimaker 2).

Ang pagpupulong ng mekanikal ng proyektong ito ay matatagpuan sa. STEP file na naka-attach sa seksyong ito.

Hakbang 4: Elektronikong (Mga Pagpipilian sa Component)

Sa seksyong ito, isang maikling paglalarawan ng ginamit na mga elektronikong sangkap at isang paliwanag sa mga pagpipilian ng sangkap ang magagawa.

Arduino UNO board (bilang microcontroller):

Open-source hardware at software. Mura, madaling magagamit, madaling mag-code. Ang board na ito ay katugma sa lahat ng mga sangkap na ginamit namin at kaagad na makahanap ng maraming mga tutorial at forum na kapaki-pakinabang upang malaman at malutas ang mga problema.

Motor (Linear Stepper Motor Nema 17):

Ay isang uri ng stepper motor na naghahati ng isang buong pag-ikot sa isang tiyak na bilang ng mga hakbang. Bilang kinahinatnan, kinokontrol ito ng pagbibigay ng isang tiyak na bilang ng mga hakbang. Ito ay matatag at tumpak at hindi nangangailangan ng anumang mga sensor upang makontrol ang aktwal na posisyon nito. Ang misyon ng motor ay upang makontrol ang paggalaw ng kahon na naglalaman ng itinapon na bagay at ihulog ito sa kanang basurahan.

Upang mapili ang modelo na gumawa ka ng ilang mga kalkulasyon ng maximum na metalikang kuwintas na kinakailangan ng pagdaragdag ng isang kadahilanan sa kaligtasan. Tungkol sa mga resulta, binili namin ang modelo na higit sa lahat ay sumasaklaw sa halagang kinakalkula.

DRV8825 Driver:

Ang board na ito ay ginagamit upang makontrol ang isang bipolar stepper motor. Mayroon itong naaayos na kasalukuyang kontrol na nagbibigay-daan sa iyo upang itakda ang maximum na kasalukuyang output na may potensyomiter pati na rin ang anim na magkakaibang mga resolusyon ng hakbang: buong hakbang, kalahating hakbang, 1/4-hakbang, 1/8-step, 1 / 16- hakbang, at 1/32-hakbang (sa wakas ay gumamit kami ng buong hakbang dahil hindi namin nahanap ang anumang pangangailangan na pumunta sa microstepping ngunit maaari pa rin itong magamit upang mapabuti ang kalidad ng paggalaw).

Mga sensor ng ultrasonic:

Ito ay isang uri ng acoustic sensors na nagko-convert ng signal ng elektrisidad sa ultrasound at vice versa. Ginamit nila ang tugon ng echo ng isang signal ng acoustic na unang inilabas upang makalkula ang distansya sa isang bagay. Ginamit namin ang mga ito upang makita kung mayroong isang bagay sa kahon o wala. Madaling gamitin ang mga ito at nagbibigay ng isang tumpak na sukat.

Bagaman ang output ng sensor na ito ay isang halaga (distansya), sa pamamagitan ng pagtataguyod ng isang threshold upang matukoy kung ang isang bagay ay naroroon o hindi, binabago namin

Mga inductive sensor:

Batay sa batas ni Faraday, kabilang ito sa kategorya ng hindi contact na electronic proximity sensor. Inilagay namin ang mga ito sa ilalim ng gumagalaw na kahon, sa ilalim ng platform ng plexiglass na sumusuporta sa bagay. Ang kanilang layunin ay upang makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng metal at di-metal na bagay na nagbibigay ng isang digital na output (0/1).

Mga LED (berde, dilaw, pula):

Ang kanilang misyon ay upang makipag-usap sa gumagamit:

-Green LED on: ang robot ay naghihintay para sa isang bagay.

-Red LED on: gumagana ang makina, hindi mo maaaring magtapon ng anumang object.

-Yellow LED on: isang bagay ang napansin.

12V Baterya o 12V pinagmulan ng kuryente + 5V USB power:

Kailangan ng mapagkukunan ng boltahe upang mapagana ang mga sensor at ang stepper motor. Kinakailangan ang isang mapagkukunang 5V kapangyarihan upang mapalakas ang Arduino. Maaari itong magawa sa pamamagitan ng 12V na baterya ngunit pinakamahusay na magkaroon ng isang hiwalay na mapagkukunan ng 5V para sa Arduino (tulad ng isang USB cable at adapter ng telepono na konektado sa isang mapagkukunan ng kuryente o sa isang computer).

Mga isyu na aming nahanap:

• Ang pagtuklas ng inductive sensor, hindi namin nakuha ang katumpakan na ninanais na kung minsan ang isang metal na bagay na hindi maganda ang nakaposisyon ay hindi napansin. Ito ay dahil sa 2 limitasyon:

  • Ang lugar na sakop ng mga sensor sa loob ng parisukat na platform ay kumakatawan sa mas mababa sa 50% nito (kaya ang maliit na bagay ay hindi maaaring makita). Upang malutas ito, inirerekumenda namin ang paggamit ng 3 o 4 na inductive sensor upang matiyak na higit sa 70% ng lugar ang sakop.
  • Ang distansya ng pagtuklas ng mga sensor ay limitado sa 15mm kaya nakita namin ang aming sarili na pinilit na gumamit ng isang pinong platform ng plexiglass. Maaari din itong maging isa pang limitasyon sa pagtuklas ng mga bagay na may kakaibang hugis.
• Ang pagtuklas ng ultrasonic: muli, ang mga bagay na hugis sa isang kumplikadong paraan ay nagbibigay ng mga problema habang ang signal na inilalabas ng mga sensor ay masasalamin nang masama at babalik nang huli kaysa sa dapat sa sensor.
• Baterya: mayroon kaming ilang mga isyu sa pagkontrol sa kasalukuyang naihatid ng baterya at upang malutas ito sa wakas ay gumamit kami ng isang mapagkukunan ng kuryente. Gayunpaman, ang mga solusyon sa iba tulad ng paggamit ng isang diode ay maaaring maisagawa.

Hakbang 5: Electronics (Mga Koneksyon)

Ipinapakita ng seksyon na ito ang mga kable ng iba't ibang mga bahagi na inilagay nang sama-sama. Ipinapakita rin nito kung aling pin sa Arduino ang bawat bahagi ay konektado.

Hakbang 6: Programming

Ipapaliwanag ng seksyong ito ang lohika sa programa sa likod ng makina ng Bin Sorting.

Ang programa ay nahahati sa 4 na mga hakbang, na kung saan ay ang mga sumusunod:

1. Simulan ang system
2. Suriin ang pagkakaroon ng mga bagay
3. Suriin ang uri ng bagay na naroroon
4. Ilipat ang Kahon

Para sa isang detalyadong paglalarawan ng bawat hakbang, tingnan sa ibaba:

Hakbang 1Simulan ang system

LED panel (3) - itakda ang Calibrating LED (pula) HATAAS, Handa na LED (berde) LOW, object kasalukuyan (dilaw) LOW

Suriin ang stepper motor ay nasa paunang posisyon

• Patakbuhin ang pagsubok ng ultrasonik sensor upang masukat ang distansya mula sa gilid hanggang sa dingding ng kahon

  • Paunang posisyon == 0 >> I-update ang mga halaga ng Ready LED HIGH at Calibrating LED LOW -> hakbang 2

  • Paunang posisyon! = 0 >> digital na nabasa na halaga ng mga ultrasonic sensor at batay sa mga halaga ng sensor:

    • I-update ang halaga ng paglipat ng motor na LED HIGH.
    • Patakbuhin ang kahon ng paglipat hanggang sa ang halaga ng parehong mga ultrasonic sensor ay <halaga ng threshold.

I-update ang halaga ng paunang posisyon = 1 >> I-update ang halaga ng LED Ready HIGH at paglipat ng motor LOW at Calibrating LOW >> hakbang 2

Hakbang 2

Suriin ang pagkakaroon ng mga bagay

Patakbuhin ang pagtuklas ng Ultrasonic Object

• Kasalukuyang object == 1 >> I-update ang halaga ng Nasa kasalukuyan na LED HIGH >> Hakbang 3
• Kasalukuyang object == 0 >> Huwag gumawa ng anuman

Hakbang 3

Suriin ang uri ng bagay na naroroon

Patakbuhin ang pagtuklas ng Inductive sensor

• inductiveState = 1 >> Hakbang 4
• inductiveState = 0 >> Hakbang 4

Hakbang 4

Ilipat ang Kahon

Patakbuhin ang operasyon ng Motor

• inductiveState == 1

  I-update ang motor na gumagalaw sa LED TAAS >> Gawin ang motor na lumipat sa kaliwa, (i-update ang paunang posisyon = 0) antala at bumalik sa kanan >> Hakbang 1

• inductiveState == 0

  I-update ang motor na gumagalaw sa LED TAAS >> Gawing kumikilos ang motor, (i-update ang paunang posisyon = 0), antalahin at ilipat pabalik sa kaliwa >> Hakbang 1

Mga pagpapaandar

Tulad ng makikita mula sa lohika sa programa, gumagana ang programa sa pamamagitan ng pagpapatupad ng mga pagpapaandar na may isang tiyak na layunin. Halimbawa, ang unang hakbang ay upang gawing simula ang system na naglalaman ng pagpapaandar na "Suriin ang stepper motor na nasa paunang posisyon". Ang ikalawang hakbang pagkatapos ay suriin ang pagkakaroon ng object na kung saan sa kanyang sarili ay isa pang pagpapaandar (ang "Ultrasonic Object detection" function). At iba pa.

Pagkatapos ng hakbang 4, ang programa ay ganap na naisakatuparan at babalik sa hakbang 1 bago tumakbo muli.

Ang mga pagpapaandar na ginamit sa pangunahing katawan ay tinukoy sa ibaba.

Ang mga ito ay ayon sa pagkakabanggit:

• inductiveTest ()
• moveBox (inductiveState)
• ultrasonicObjectDetection ()

// Suriin kung ang bagay ay metal o hindi

bool inductiveTest () {if (digitalRead (inductiveSwitchRight) == 1 || digitalRead (inductiveSwitchLeft == 0)) {return true; kung hindi man {bumalik na hindi totoo; }} void moveBox (bool inductiveState) {// Ang kahon ay pupunta sa kaliwa kapag ang metal ay napansin at inductiveState = totoo kung (inductiveState == 0) {stepper.moveTo (mga hakbang); // random na posisyon upang magtapos para sa pagsubok ng stepper.runToPosition (); pagkaantala (1000); stepper.moveTo (0); stepper.runToPosition (); pagkaantala (1000); } iba pa kung (inductiveState == 1) {stepper.moveTo (-steps); // random na posisyon upang magtapos para sa pagsubok ng stepper.runToPosition (); pagkaantala (1000); stepper.moveTo (0); // random na posisyon upang magtapos para sa pagsubok ng stepper.runToPosition (); pagkaantala (1000); }} boolean ultrasonicObjectDetection () {mahabang tagal1, distansya1, tagalTemp, distansyaTemp, averageDistansya1, averageDistanceTemp, averageDistanceOlympian1; // Tukuyin ang bilang ng mga pagsukat na kukuha ng long distanceMax = 0; long distanceMin = 4000; long distanceTotal = 0; para sa (int i = 0; i distanceMax) {distanceMax = distanceTemp; } kung (distanceTemp <distanceMin) {distanceMin = distanceTemp; } distanceTotal + = distanceTemp; } Serial.print ("Sensor1 maxDistance"); Serial.print (distansyaMax); Serial.println ("mm"); Serial.print ("Sensor1 minDistance"); Serial.print (distansyaMin); Serial.println ("mm"); // Kumuha ng average na distansya mula sa mga pagbabasa averageDistansya1 = distansyaTotal / 10; Serial.print ("Sensor1 averageDistance1"); Serial.print (averageDistance1); Serial.println ("mm"); // Tanggalin ang pinakamataas at pinakamababang halaga ng mga sukat upang maiwasan ang mga erronous na pagbabasa averageDistansyaTemp = distansyaTotal - (distansyaMax + distansyaMin); averageDistanceOlympian1 = averageDistanceTemp / 8; Serial.print ("Sensor1 averageDistanceOlympian1"); Serial.print (averageDistanceOlympian1); Serial.println ("mm");

// I-reset ang mga halagang temp

distanceTotal = 0; distanceMax = 0; distanceMin = 4000; mahabang tagal2, distansya2, averageDistansya2, averageDistansyaOlympian2; // Tukuyin ang bilang ng mga pagsukat na kukuha para sa (int i = 0; i distanceMax) {distanceMax = distanceTemp; } kung (distanceTemp <distanceMin) {distanceMin = distanceTemp; } distanceTotal + = distanceTemp; } Serial.print ("Sensor2 maxDistance"); Serial.print (distansyaMax); Serial.println ("mm"); Serial.print ("Sensor2 minDistance"); Serial.print (distansyaMin); Serial.println ("mm"); // Kumuha ng average na distansya mula sa mga pagbabasa averageDistansya2 = distansyaTotal / 10; Serial.print ("Sensor2 averageDistance2"); Serial.print (averageDistansya2); Serial.println ("mm"); // Tanggalin ang pinakamataas at pinakamababang halaga ng mga sukat upang maiwasan ang mga erronous na pagbabasa averageDistansyaTemp = distansyaTotal - (distansyaMax + distansyaMin); averageDistanceOlympian2 = averageDistanceTemp / 8; Serial.print ("Sensor2 averageDistanceOlympian2"); Serial.print (averageDistanceOlympian2); Serial.println ("mm"); // I-reset ang mga halagang temp na distansyaTotal = 0; distanceMax = 0; distanceMin = 4000; kung (averageDistanceOlympian1 + averageDistanceOlympian2 <walang lamanBoxDistance) {bumalik totoo; } iba pa {bumalik na hindi totoo; }}

Pangunahing Katawan

Naglalaman ang pangunahing katawan ng parehong lohika na ipinaliwanag sa tuktok ng seksyong ito, ngunit nakasulat sa code. Ang file ay magagamit para sa pag-download sa ibaba.

Babala

Maraming mga pagsubok ang isinagawa upang hanapin ang mga pare-pareho: walang lamanBoxDistansya, mga hakbang at Maximumspeed at pagpabilis sa pag-setup.

Hakbang 7: Mga Posibleng Pagpapabuti

- Kailangan namin ng puna tungkol sa posisyon ng kahon upang matiyak na palagi itong nasa tamang posisyon upang piliin ang bagay sa simula. Magagamit ang magkakaibang mga pagpipilian upang malutas ang problema ngunit ang isang madali ay maaaring kopyahin ang system na nakikita namin sa mga 3D printer gamit ang isang switch sa isang dulo ng daanan ng kahon.

-Dahil sa mga isyu na nakita namin sa pagtuklas ng ultrasonic, maaari kaming maghanap ng ilang mga kahalili para sa pagpapaandar na iyon: KY-008 Laser at Laser Detector (imahe), mga capacitive sensor.

Hakbang 8: Paglilimita sa Mga Kadahilanan

Gumagana ang proyektong ito tulad ng inilarawan sa mga itinuturo ngunit ang espesyal na pangangalaga ay dapat gawin habang ang mga sumusunod na hakbang:

Pagkakalibrate ng Ultrasonic Sensors

Ang anggulo kung saan inilalagay ang mga ultrasonic sensor na may kaugnayan sa bagay na dapat nilang tuklasin ay may mahalagang kahalagahan para sa wastong paggana ng prototype. Para sa proyektong ito, ang isang anggulo ng 12.5 ° sa normal ay pinili para sa oryentasyon ng mga ultrasonic sensor ngunit ang pinakamahusay na anggulo ay dapat na matukoy nang eksperimento sa pamamagitan ng pagtatala ng mga pagbasa sa distansya gamit ang iba't ibang mga bagay.

Pinagkukunan ng lakas

Ang kinakailangang lakas para sa driver ng stepper motor na DRV8825 ay 12V at sa pagitan ng 0.2 at 1 Amp. Ang arduino ay maaari ring pinalakas ng maximum 12V at 0.2 Amp sa pamamagitan ng paggamit ng jack input sa Arduino. Ang espesyal na pag-aalaga ay dapat gawin subalit kung gumagamit ng parehong mapagkukunan ng kuryente para sa parehong Arduino at ang stepper motor driver. Kung pinapatakbo mula sa isang ordinaryong socket ng kuryente gamit ang halimbawa ng isang 12V / 2A AC / DC adapter power supply, dapat mayroong isang voltage regulator at diode sa circuit bago ang kuryente ay pinakain sa arduino at stepper motor driver.

Homing the Box

Bagaman gumagamit ang proyektong ito ng isang stepper motor na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay bumalik sa paunang posisyon na may mataas na kawastuhan, mabuting kasanayan na magkaroon ng isang mekanismo ng homing kung sakaling may isang error na maganap. Ang proyekto tulad nito ay walang mekanismo ng homing ngunit ito ay medyo simple upang magpatupad ng isa. Para sa mga ito, ang isang mekanikal na switch sa paunang posisyon ng kahon ay dapat idagdag tulad ng kapag ang kahon ay na-hit ang switch, alam nitong nasa posisyon ito sa bahay.

Stepper driver DRV8825 Pag-tune

Ang stepper driver ay nangangailangan ng pag-tune upang gumana sa stepper motor. Ginagawa ito nang eksperimento sa pamamagitan ng pag-on ng potentiometer (tornilyo) sa DRV8825 chip upang ang naaangkop na halaga ng kasalukuyang ay ibinibigay sa motor. Kaya, iikot nang bahagya ang potentiometer turn hanggang sa kumilos ang motor sa isang payat na paraan.

Hakbang 9: Mga Kredito

Ang proyektong ito ay ginawa bilang bahagi ng isang kursong mechatronics sa taong akademiko 2018-2019 para sa Bruface Master sa Université Libre de Bruxelles (ULB) - Vrije Universiteit Brussel (VUB).

Ang mga may-akda ay:

Maxime Decleire

Lidia Gomez

Markus Poder

Adriana Puentes

Narjisse Snoussi

Espesyal na salamat sa aming superbisor na si Albert de Beir na tumulong sa amin sa buong proyekto din.