Screw Sorting Machine: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

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

Isang araw sa lab (FabLab Moscow), nakita ko ang aking kasamahan na abala sa pag-uuri ng isang buong kahon ng mga turnilyo, nut, singsing at iba pang hardware. Huminto sa tabi niya, pinanood ko para sa isang segundo at sinabi: "Ito ay magiging isang perpektong trabaho para sa isang makina." Matapos ang isang mabilis na pagtingin sa google nakita ko na ang iba't ibang mga mapanlikha na mekanikal na sistema ay mayroon na ngunit hindi nila malulutas ang aming problema dahil sa aming kahon ay isang malawak na pagkakaiba-iba ng mga bahagi. Ang paggawa ng isang bagay na pulos mekanikal ay magiging kumplikado. Ang iba pang mabuting dahilan upang pumunta sa isang mas "robotic" na sistema ay dahil kakailanganin nito ang lahat ng mga teknikal na larangan na gusto ko: paningin sa makina, robotic arm at electromekanical actuators!

Pinipili ng makina na ito ang mga tornilyo at inilalagay ito sa iba't ibang mga kahon. Binubuo ito sa isang robot na braso na humahawak ng isang electromagnet, isang translucent na mesa ng trabaho sa itaas ng mga ilaw at isang camera sa itaas. Matapos kumalat ang ilang mga turnilyo at mani sa mesa ng trabaho, ang mga ilaw ay nakabukas at kunan ng larawan. Nakita ng isang algorithm ang mga bahagi ng hugis at ibabalik ang kanilang mga posisyon. Sa wakas ang braso na may electromagnet ay naglalagay ng mga bahagi isa-isa sa mga nais na kahon.

Ang proyektong ito ay nasa pag-unlad pa rin ngunit nakakakuha ako ngayon ng disenteng mga resulta na nais kong ibahagi sa iyo.

Hakbang 1: Mga tool at Materyal

Mga kasangkapan

• Laser pamutol
• Angle gilingan
• Hacksaw
• Screwdriver
• Mga clamp (mas mas mabuti)
• Mainit na glue GUN

Materyal

• Plywood 3mm (1 m2)
• Plywood 6mm (300 x 200 mm)
• Puting translucent na plastik na 4mm (500 x 250 mm)
• Computer (Sinusubukan kong lumipat sa raspberry pi)
• Webcam (Logitech HD T20p, dapat gumana ang sinuman)
• Arduino na may 4 PWM output / analogWrite (tatlong servos at ang electromagnet coil) (Ginagamit ko ang ProTrinket 5V)
• Prototyping board
• Electronic wire (2m)
• Paglipat ng transistor (anumang transistor na maaaring maghimok ng isang 2W coil) (Mayroon akong S8050)
• Diode (mas mabuti ang Schottky)
• 2 resistors (100Ω, 330Ω)
• Pag-supply ng kuryente 5V, 2A
• Servo micro (lapad 13 haba 29 mm)
• Pamantayan sa 2 servos (lapad 20 haba 38 mm)
• Pandikit ng kahoy
• 4 na sulok ng metal na may mga turnilyo (opsyonal)
• Kahoy na kahoy (30 x 20 x 2400)
• Mainit na pandikit
• Na-enamel na tanso na tanso (0.2, 0.3 mm diameter, 5m) (lumang transpormer?)
• Malambot na bakal (16 x 25 x4 mm)
• 3 light bombilya na may socket
• Strip ng konektor (230V, 6 na mga elemento)
• Electric wire na may socket (230V) (2 m)
• Nagdadala ng 625ZZ (sa loob ng diameter 5mm, sa labas ng diameter 16 mm, taas 5mm)
• May tindig 608ZZ (sa loob ng diameter 8mm, labas ng lapad 22 mm, taas 7mm)
• Bearing rb-lyn-317 (sa loob ng diameter 3mm, sa labas ng diameter 8 mm, taas 4mm)
• Timing belt GT2 (2mm pitch, 6mm ang lapad, 650 mm)
• Screw M5 x 35
• Screw M8 x 40
• 8 mga tornilyo M3 x 15
• 4 na turnilyo M4 x 60
• 6 na mga tornilyo sa kahoy 2 x 8 mm
• Screw M3 x 10
• Relay board module (direktang makokontrol ng controller)

Hakbang 2: Gawin ang Light Box

Ang light box ay may apat na pangunahing bahagi at ilang mga brace. I-download ang mga bahaging ito at idikit ito maliban sa translucent na plastik. Nagsimula ako sa kahoy na kalahating disc at ng hubog na dingding. Kailangan mong panatilihing higpitan ang dingding sa paligid ng disc sa panahon ng pagpapatayo. Gumamit ako ng mga clamp upang ma-secure ang kalahating disc at ang hubog na batayan ng pader. Pagkatapos ang ilang tape ay nagpapanatili ng pader sa paligid ng kalahating disc. Pangalawa, nagdikit ako ng isang gilid upang mapaglabanan ang translucent na desk ng trabaho. Sa wakas ang flat wall ay idinagdag na may kahoy (sa loob) at metal (sa labas) kanang mga gilid.

Kapag nakumpleto na ang kahon, kailangan mo lamang idagdag ang mga bombilya at ikonekta ang wire at socket na may konektor na strip. Gupitin ang 230V wire kung saan maginhawa para sa iyo at ipasok ang module ng relay. Isinara ko ang relay (230V!) Sa isang kahon na gawa sa kahoy para sa mga kadahilanang panseguridad.

Hakbang 3: Gawin ang Robot Arm

I-download ang mga bahagi at gupitin ang mga ito. Upang ma-secure ang sinturon sa servomotor Gumamit ako ng mga piraso ng paperclips. Pinako ko ang dalawang bahagi na sinturon sa servomotor at nagdagdag ng ilang pandikit upang matiyak na walang gumagalaw.

Para sa linear na patnubay na patayo, ang plunger ay dapat na palamahan upang maiwasan ang anumang pagbara. Kailangan itong slide ng maayos. Kapag naipon, ang taas ay maaaring iakma sa pamamagitan ng paggupit ng patnubay sa nais na haba. Gayunpaman, panatilihin ito hangga't maaari upang maiwasan ang over-center lock. Ang plunger ay nakadikit lamang sa kahon ng braso.

Ang mga bearings ay nakapaloob sa loob ng mga pulley. Ang isang kalo ay gawa sa dalawang layer ng playwud. Ang dalawang mga layer na ito ay hindi kinakailangang hawakan ang bawat isa sa halip na idikit ang mga ito, idikit ang mga ito sa kani-kanilang plate ng braso. Ang mga plate sa tuktok at pababang braso ay pinananatili ng apat na M3 x 15 na tornilyo at mga mani. Ang unang axis (malaki) ay ang M8 x 40 na tornilyo at ang pangalawa (maliit) ang M5 x 35 na tornilyo. Gumamit ng mga mani bilang mga spacer at locker para sa mga bahagi ng braso.

Hakbang 4: Gawin ang Electromagnet

Ang isang electromagnet ay isang malambot na core ng bakal na may enamel na wire coper sa paligid nito. Ginagabay ng malambot na core ng bakal ang magnetic field sa nais na lugar. Ang kasalukuyang nasa naka-enamel na wire coper ay lumilikha ng magnetic field na ito (proporsyonal ito). Gayundin ang higit pang mga pagliko na gagawin mo ang mas maraming magnetic field na mayroon ka. Nagdisenyo ako ng isang hugis U na bakal upang ituon ang magnetic field malapit sa mga nahuli na turnilyo at dagdagan ang puwersa ng prehension.

Gupitin ang isang U-hugis sa isang piraso ng malambot na bakal (taas: 25mm, lapad: 15mm, iron cross-section: 5 x 4mm). Napakahalaga na alisin ang mga matutulis na gilid bago paikot-ikot ang kawad sa paligid ng hugis U na bakal. Mag-ingat na panatilihin ang parehong direksyon ng paikot-ikot (partikular na kapag tumalon ka sa kabilang panig, kailangan mong baguhin ang direksyon ng pag-ikot mula sa iyong pananaw ngunit pinapanatili mo ang parehong direksyon mula sa hugis na bakal na pananaw ng bakal) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Bago isara ang coil sa circuit, suriin ang paglaban ng coil gamit ang isang multimeter at kalkulahin ang kasalukuyang may batas ng Ohm (U = RI). Mayroon akong higit sa 200 turn on my coil. Iminumungkahi ko sa iyo na i-wind hanggang sa mayroon ka lamang 2 mm ng puwang sa loob ng U-form.

Ang isang lalagyan na gawa sa kahoy ay ginawa at ang hugis-U na bakal ay na-secure ng mainit na pandikit. Pinapayagan ng dalawang slits na ma-secure ang kawad sa magkabilang dulo. Panghuli dalawang pin ang ipinako sa may hawak na kahoy. Ginagawa nila ang kantong sa pagitan ng enamel na cooper wire at ang electronic wire. Upang maiwasan ang anumang pinsala ng coil, nagdagdag ako ng isang layer ng mainit na pandikit sa buong paligid ng coil. Sa huling larawan maaari mong obserbahan ang isang kahoy na bahagi na nagsasara ng hugis U na bakal. Ang pagpapaandar nito ay upang maiwasan ang anumang mga turnilyo na makaalis sa loob ng hugis U na bakal.

Ang enameled wire coper ay kinuha mula sa isang sirang transpormer. Kung gagawin mo ito, suriin na ang wire ay hindi nasira o walang mga maikling circuit sa ginamit na bahagi. Alisin ang tape sa core ng ferromagnetic. Sa pamamagitan ng isang pamutol, tanggalin isa-isa ang lahat ng mga hiwa ng bakal. Pagkatapos alisin ang tape sa coil at sa wakas ay alisan ng tubig ang enamel na wire cooper. Ang pangalawang paikot-ikot (ang malaking diameter coil) ay ginamit (transpormer input 230V, output 5V-1A).

Hakbang 5: Gawin ang Circuit

Sa isang prototyping board, itinayo ko ang eskematiko sa itaas. Ang isang bipolar transistor (S8050) ay ginamit para sa paglipat ng electromagnet coil. Suriin na ang iyong transistor ay maaaring hawakan ang kasalukuyang kinakalkula sa nakaraang hakbang. Ang isang MOSFET ay marahil mas angkop sa sitwasyong ito ngunit kinuha ko kung ano ang mayroon ako (at nais ko ang isang mababang pagtutol). Ayusin ang dalawang resistors sa iyong transistor.

Sa eskematiko sa itaas, ang icon ng VCC at GND ay konektado sa + at - ng aking supply ng kuryente. Ang mga servomotor ay may tatlong mga wire: Signal, VCC at GND. Ang signal wire lamang ang nakakonekta sa controller, ang iba pa ay konektado sa power supply. Ang controller ay pinalakas ng programmer cable.

Hakbang 6: Ang Code

Huling ngunit hindi huli: Ang code. Mahahanap mo ito dito:

Mayroong isang programa para sa controller (uri ng arduino) at isa pa na tumatakbo sa computer (sana sa lalong madaling panahon sa raspberry). Ang code sa controller ay responsable para sa pagpaplano ng trajectory at ang isa sa computer ay gumagawa ng pagproseso ng imahe at ipinapadala ang nagresultang posisyon sa controller. Ang pagproseso ng imahe ay batay sa OpenCV.

Ang programa ng computer

Ang programa ay tumatagal ng isang imahe kasama ang webcam at mga ilaw, nakita ang translucent center ng worktable at radius at naitama ang pangyayari sa pag-ikot ng imahe. Mula sa mga halagang ito, kinakalkula ng programa ang posisyon ng robot (Alam namin ang posisyon ng robot ayon sa plato). Gumagamit ang programa ng pagpapaandar ng blob detector ng OpenCV upang makita ang mga tornilyo at bolt. Ang iba't ibang mga uri ng mga bloke ay sinala kasama ang mga magagamit na mga parameter (lugar, kulay, pabilog, convexity, pagkawalang-kilos) upang mapili ang nais na sangkap. Ang resulta ng blob detector ay ang posisyon (sa mga pixel) ng mga napiling bloke. Pagkatapos ang isang pagpapaandar ay binabago ang mga posisyon ng pixel na ito sa mga posisyon ng millimeter sa arm coordinate system (orthogonal). Ang isa pang pagpapaandar ay kinakalkula ang kinakailangang posisyon ng bawat braso na sumali upang magkaroon ng electromagnet sa nais na posisyon. Ang resulta ay binubuo sa tatlong mga anggulo na sa wakas ay ipinapadala sa controller.

Ang programa ng tagapamahala

Natatanggap ng program na ito ang mga anggulong sumali at igagalaw ang mga bahagi ng braso upang maabot ang mga anggulong ito. Kinakalkula muna ang pinakamataas na bilis ng bawat sumali upang maisagawa ang paglipat sa parehong agwat ng oras. Pagkatapos ay susuriin kung ang mga nangungunang bilis na ito ay naabot na, sa kasong ito ang paglipat ay susundan ng tatlong yugto: pagbilis, pare-pareho ang bilis at pag-deceleration. Kung hindi naabot ang tuktok na bilis, ang paglipat ay susundan lamang ng dalawang mga yugto: pagbilis at pag-urong. Ang mga sandali kung saan kailangang pumasa mula sa isang yugto patungo sa isa pa ay kinakalkula din. Sa wakas ang paglipat ay naisakatuparan: Sa regular na mga agwat, ang mga bagong aktwal na anggulo ay kinakalkula at naipadala. Kung oras na upang pumasa sa yugto ng pugad, ang pagpapatupad ay nagpapatuloy sa susunod na yugto.

Hakbang 7: Ang Pangwakas na Mga Pag-ugnay

Ang kwadro

Ang isang frame ay idinagdag upang hawakan ang camera. Pinili kong gawin ito sa kahoy dahil ito ay mura, madaling makatrabaho, madaling hanapin, palakaibigan sa kapaligiran, kaaya-ayang hugis at nananatili ito sa istilong sinimulan ko. Gumawa ng isang pagsubok sa imahe gamit ang camera upang magpasya kung anong taas ang kinakailangan. Siguraduhin din na gawin itong matibay at maayos dahil napansin ko na ang nagresultang posisyon ay napaka-sensitibo sa anumang mga galaw ng camera (hindi bababa sa bago ko idinagdag ang worktable auto-detection function). Ang camera ay dapat na nakalagay sa work desk center at, sa aking kaso, 520 mm mula sa translucent na puting ibabaw.

Ang mga kahon

Tulad ng nakikita mo sa larawan, ang mga maililipat na kahon ng imbakan ay nasa patag na bahagi ng worktable. Maaari kang gumawa ng maraming mga kahon kung kinakailangan ngunit sa aking aktwal na pag-setup ang puwang ay limitado. Gayunpaman mayroon akong mga ideya upang mapabuti ang puntong ito (cf. mga pagpapabuti sa hinaharap).

Mga Pagpapabuti sa Hinaharap

• Para sa sandaling ang timing belt ay sarado na may isang kahoy na bahagi ngunit ang solusyon na ito ay naglilimita sa lugar na maaaring maabot ng braso. Kailangan kong magdagdag ng mas maraming puwang sa pagitan ng malaking servo at ng arm axis o gumawa ng isang mas maliit na system ng pagsasara.
• Ang mga kahon ay nasa tabi ng patag na talampas ng work desk, kung ilalagay ko ito sa gilid ng kalahating bilog, magkakaroon ako ng mas maraming puwang upang magdagdag ng mga kahon at pag-uri-uriin ang mga uri ng sangkap.
• Ngayon ang filter ng detection ng blob ay sapat para sa pag-uuri ng mga bahagi ngunit dahil nais kong dagdagan ang bilang ng mga kahon, kakailanganin ko ang pagtaas ng selectivity. Dahil dito, susubukan ko ang iba't ibang mga pamamaraan ng pagkilala.
• Ngayon ang mga gagamitin kong servomotor ay walang sapat na saklaw upang maabot ang lahat ng kalahating disc na kakayahang magamit. Kailangan kong baguhin ang servos o baguhin ang kadahilanan ng pagbawas sa pagitan ng iba't ibang mga kalo.
• Ang ilang mga isyu ay nangyayari nang madalas kaya ang pagpapabuti ng pagiging maaasahan ay ang prayoridad. Para doon kailangan kong uriin ang uri ng mga isyu at pag-isiping mabuti ang mas malamang. Ito na ang ginawa ko sa maliit na piraso ng kahoy na isinasara ang hugis U na bakal at ang algorithm ng auto detection center ngunit ngayon ang mga isyu ay nagiging mas kumplikado upang malutas.
• Gumawa ng isang PCB para sa controller at sa electronic circuit.
• I-migrate ang code sa Raspberry pi upang magkaroon ng isang istasyong nag-iisa

Pangalawang Gantimpala sa Organisasyong Paligsahan