Mașină de sortat șurub: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Într-o zi, în laborator (FabLab Moscova), am văzut-o pe colega mea ocupată cu sortarea unei cutii pline de șuruburi, piulițe, inele și alte articole hardware. Oprindu-mă lângă el, am urmărit o secundă și am spus: „Ar fi o treabă perfectă pentru o mașină”. După o scurtă privire pe Google, am văzut că există deja diferite sisteme mecanice ingenioase, dar nu au putut rezolva problema noastră, deoarece în cutia noastră există o mare varietate de piese. A face ceva pur mecanic ar fi destul de complicat. Celălalt motiv bun pentru a merge la un sistem mai „robotizat” a fost pentru că acest lucru ar necesita toate domeniile tehnice pe care le iubesc: viziunea cu mașina, brațele robotizate și actuatoarele electromecanice!

Acest aparat alege șuruburile și le așează în diferite cutii. Se compune dintr-un braț robot care se ocupă de un electromagnet, o masă de lucru translucidă deasupra luminilor și o cameră foto în partea de sus. După întinderea unor șuruburi și piulițe pe masa de lucru, luminile sunt aprinse și se face o fotografie. Un algoritm detectează formele piesei și le returnează pozițiile. În cele din urmă, brațul cu electromagnetul așează piesele una câte una în casetele dorite.

Acest proiect este încă în curs de dezvoltare, dar acum obțin rezultate decente pe care vreau să le împărtășesc.

Pasul 1: Instrumente și material

Instrumente

• Cutter cu laser
• Polizor unghiular
• Ferăstrău
• Şurubelniţă
• Cleme (cu cât mai multe, cu atât mai bine)
• Pistol de lipit fierbinte

Material

• Placaj 3mm (1 m2)
• Placaj 6mm (300 x 200 mm)
• Plastic alb translucid 4mm (500 x 250 mm)
• Computer (încerc să trec la raspberry pi)
• Cameră web (Logitech HD T20p, oricine ar trebui să funcționeze)
• Arduino cu 4 ieșiri PWM / analogWrite (trei servouri și bobina electromagnetică) (folosesc ProTrinket 5V)
• Placă de prototipare
• Sârmă electronică (2m)
• Tranzistor de comutare (orice tranzistor care poate conduce o bobină de 2W) (am S8050)
• Diodă (Schottky este mai bun)
• 2 rezistențe (100Ω, 330Ω)
• Alimentare 5V, 2A
• Servo micro (lățime 13 lungime 29 mm)
• 2 servos standard (lățime 20 lungime 38 mm)
• Lipici de lemn
• 4 colț metalic cu șuruburi (opțional)
• Lanseta de lemn (30 x 20 x 2400)
• Lipici fierbinte
• Sârmă de cupru emailată (0,2, 0,3 mm diametru, 5m) (transformator vechi?)
• Fier moale (16 x 25 x4 mm)
• 3 becuri cu soclu
• Banda de conectare (230V, 6 elemente)
• Sârmă electrică cu priză (230V) (2 m)
• Rulment 625ZZ (diametru interior 5 mm, diametru exterior 16 mm, înălțime 5 mm)
• Rulment 608ZZ (diametru interior 8mm, diametru exterior 22 mm, inaltime 7mm)
• Rulment rb-lyn-317 (diametru interior 3mm, diametru exterior 8 mm, inaltime 4mm)
• Curea de distributie GT2 (pas 2mm, latime 6mm, 650 mm)
• Șurub M5 x 35
• Șurub M8 x 40
• 8 șuruburi M3 x 15
• 4 șuruburi M4 x 60
• 6 șuruburi pentru lemn 2 x 8 mm
• Șurub M3 x 10
• Modul placă de releu (controlabil direct de către controler)

Pasul 2: Faceți caseta de lumină

Cutia de lumină are patru părți principale și câteva bretele. Descărcați aceste părți și lipiți-le împreună, cu excepția plasticului translucid. Am început cu semidiscul de lemn și cu peretele curbat. Trebuie să mențineți peretele strâns în jurul discului în timpul uscării. Am folosit cleme pentru a fixa jumătatea discului și baza curbată a peretelui. Apoi, o bandă menține peretele în jurul jumătății de disc. În al doilea rând, am lipit o jantă pentru a rezista la masa de lucru translucidă. În cele din urmă, peretele plat este adăugat cu margini din lemn (interior) și metalice (exterioare) drepte.

Odată ce cutia a fost completată, trebuie doar să adăugați becurile și să conectați firul și priza cu banda de conectare. Tăiați firul de 230V acolo unde este convenabil pentru dvs. și introduceți modulul de releu. Am închis releul (230V!) Într-o cutie de lemn din motive de securitate.

Pasul 3: Faceți brațul robotului

Descărcați piesele și tăiați-le. Pentru a fixa centura pe servomotor am folosit bucăți de agrafe. Am fixat cele două benzi pe servomotor și am adăugat niște lipici pentru a fi sigur că nu se mișcă nimic.

Pentru ghidarea verticală liniară, pistonul trebuie șlefuit pentru a evita orice blocaj. Trebuie să alunece lin. Odată asamblat, înălțimea poate fi reglată prin tăierea ghidajului la lungimea dorită. Cu toate acestea, păstrați-l cât mai mult posibil pentru a preveni blocarea excesivă. Pistonul este lipit pur și simplu de cutia brațului.

Rulmenții sunt închiși în scripeți. O scripete este formată din două straturi de placaj. Aceste două straturi nu se ating neapărat, așa că, în loc să le lipiți, lipiți-le pe placa de braț respectivă. Plăcile brațului de sus și de jos sunt întreținute de patru șuruburi M3 x 15 și piulițe. Prima axă (mare) este pur și simplu șurubul M8 x 40 și a doua (mică) șurubul M5 x 35. Utilizați piulițe ca distanțieri și dulapuri pentru piesele brațului.

Pasul 4: Faceți electromagnetul

Un electromagnet este pur și simplu un miez de fier moale, cu un coper de sârmă emailată în jurul său. Miezul de fier moale ghidează câmpul magnetic în locul dorit. Curentul din coperul cu sârmă emailată creează acest câmp magnetic (este proporțional). De asemenea, cu cât faceți mai multe rotații, cu atât aveți mai mult câmp magnetic. Am proiectat un fier de călcat în formă de U pentru a concentra câmpul magnetic lângă șuruburile prinse și a crește forța de prehensiune.

Tăiați o formă de U într-o bucată de fier moale (înălțime: 25 mm, lățime: 15 mm, secțiune de fier: 5 x 4 mm). Este foarte important să îndepărtați marginile ascuțite înainte de a înfășura firul în jurul fierului în formă de U. Aveți grijă să păstrați aceeași direcție de înfășurare (în special când săriți pe cealaltă parte, trebuie să schimbați direcția de rotație din punctul dvs. de vedere, dar păstrați aceeași direcție din punctul de vedere al fierului în formă de U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Înainte de a ramifica bobina la circuit, verificați rezistența bobinei cu un multimetru și calculați curentul cu legea lui Ohm (U = RI). Am peste 200 de ture pe bobină. Vă sugerez să înfășurați până când aveți doar 2 mm de spațiu în interiorul formei U.

A fost realizat un suport din lemn, iar fierul de călcat în formă de U a fost asigurat cu lipici fierbinte. Două fante permit fixarea firului la ambele capete. În cele din urmă, doi știfturi sunt cuie pe suportul de lemn. Acestea realizează joncțiunea între sârmă cooperată emailată și sârmă electronică. Pentru a preveni orice deteriorare a bobinei, am adăugat un strat de adeziv fierbinte în jurul bobinei. Pe ultima imagine puteți observa o parte din lemn care închide fierul în formă de U. Funcția sa este de a preveni blocarea șuruburilor în interiorul fierului de călcat în formă de U.

Coperul sârmă emailată a fost preluat dintr-un transformator spart. Dacă faceți acest lucru, verificați dacă firul nu este rupt sau nu are scurtcircuite în porțiunea utilizată. Scoateți banda de pe nucleul feromagnetic. Cu un tăietor, desprindeți una câte una toate feliile de fier. Apoi scoateți banda de pe bobină și în cele din urmă derulați sârmă emailată. A fost utilizată înfășurarea secundară (bobina cu diametru mare) (intrare transformator 230V, ieșire 5V-1A).

Pasul 5: Faceți circuitul

Pe o placă de prototipare, am construit schema de mai sus. Un tranzistor bipolar (S8050) a fost utilizat pentru comutarea bobinei electromagnetului. Verificați dacă tranzistorul dvs. poate gestiona curentul calculat în pasul anterior. Un MOSFET este probabil mai potrivit în această situație, dar am luat ceea ce aveam la îndemână (și am vrut o rezistență redusă). Reglați cele două rezistențe la tranzistorul dvs.

În schema de mai sus, pictogramele VCC și GND sunt conectate la + și - ale sursei mele de alimentare. Servomotoarele au trei fire: Signal, VCC și GND. Doar firul de semnal este conectat la controler, celelalte sunt conectate la sursa de alimentare. Controlerul este alimentat de cablul programatorului.

Pasul 6: Codul

Nu în ultimul rând: codul. O veți găsi aici:

Există un program pentru controler (tip arduino) și altul care rulează pe computer (sperăm că în curând pe zmeură). Codul de pe controler este responsabil pentru planificarea traiectoriei, iar cel de pe computer realizează procesarea imaginii și trimite poziția rezultată către controler. Prelucrarea imaginii se bazează pe OpenCV.

Programul computerului

Programul realizează o imagine cu camera web și luminile, detectează centrul și raza translucidă a mesei de lucru și corectează eventuala rotație a imaginii. Din aceste valori, programul calculează poziția robotului (Cunoaștem poziția robotului conform plăcii). Programul folosește funcția de detectare a petei OpenCV pentru a detecta șuruburile și șuruburile. Diferitele tipuri de blob-uri sunt filtrate cu parametrii disponibili (zonă, culoare, circularitate, convexitate, inerție) pentru a selecta componenta dorită. Rezultatul detectorului blob este poziția (în pixeli) a bloburilor selectate. Apoi, o funcție transformă aceste poziții ale pixelilor în poziții milimetrice în sistemul de coordonate ale brațului (ortogonal). O altă funcție calculează poziția necesară pentru fiecare îmbinare a brațului pentru a avea electromagnetul în poziția dorită. Rezultatul constă în trei unghiuri care sunt trimise în cele din urmă către controler.

Programul controlerului

Acest program primește unghiurile de îmbinare și mișcă părțile brațului pentru a atinge aceste unghiuri. Mai întâi calculează viteza maximă a fiecărei uniri pentru a efectua mișcarea în același interval de timp. Apoi verifică dacă aceste viteze maxime sunt atinse vreodată, în acest caz mișcarea va urma trei faze: accelerație, viteză constantă și decelerare. Dacă viteza maximă nu este atinsă, mișcarea va urma doar două faze: accelerare și decelerare. Sunt calculate și momentele în care trebuie să treacă de la o fază la alta. În cele din urmă, mișcarea este executată: la intervale regulate, noile unghiuri reale sunt calculate și trimise. Dacă este timpul să treceți la faza de cuib, execuția continuă la faza următoare.

Pasul 7: Atingerile finale

Rama

A fost adăugat un cadru pentru a ține camera. Am ales să îl fac din lemn, deoarece este ieftin, ușor de lucrat, ușor de găsit, ecologic, plăcut de modelat și rămâne în stilul cu care am început. Faceți un test de imagine cu camera pentru a decide ce înălțime este necesară. De asemenea, asigurați-vă că o faceți rigidă și fixă, deoarece am observat că poziția rezultată este foarte sensibilă la orice mișcare a camerei (cel puțin înainte de a adăuga funcția de detectare automată a mesei de lucru). Camera trebuie să fie situată în centrul mesei de lucru și, în cazul meu, la 520 mm de suprafața albă translucidă.

Cutiile

După cum puteți vedea în imagine, cutiile mobile de depozitare se află pe partea plană a mesei de lucru. Puteți crea câte cutii este nevoie, dar cu configurarea mea reală, spațiul este destul de limitat. Cu toate acestea, am idei pentru a îmbunătăți acest punct (cf. îmbunătățiri viitoare).

Îmbunătățiri viitoare

• Pentru moment, cureaua de distribuție este închisă cu o parte din lemn, dar această soluție limitează zona pe care brațul poate ajunge. Trebuie să adaug mai mult spațiu între servo mare și axa brațului sau să fac un sistem de închidere mai mic.
• Cutiile sunt de-a lungul marginii plate a mesei de lucru, dacă aș pune-o de-a lungul marginii semicercului, aș avea mult mai mult spațiu pentru a adăuga cutii și a sorta multe tipuri de componente.
• Acum, filtrul de detectare a blobului este suficient pentru sortarea pieselor, dar, deoarece vreau să măresc numărul de cutii, voi avea nevoie de creșterea selectivității. Din acest motiv, voi încerca diferite metode de recunoaștere.
• Acum servomotoarele pe care le folosesc nu au suficientă rază de acțiune pentru a ajunge la toată masa de lucru pe jumătate de disc. Trebuie să schimb servomotoarele sau să schimb factorul de reducere între diferite scripeți.
• Unele probleme apar destul de des, astfel încât îmbunătățirea fiabilității este prioritatea. Pentru asta, trebuie să clasific tipul de probleme și să mă concentrez asupra celor mai probabile. Asta am făcut deja cu mica bucată de lemn care închide fierul în formă de U și algoritmul centrului de detectare automată, dar acum problemele devin mai complicate de rezolvat.
• Realizați un PCB pentru controler și circuitul electronic.
• Migrați codul către Raspberry pi pentru a avea o stație autonomă

Premiul II la Concursul de Organizare