Skruesorteringsmaskin: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

En dag i laboratoriet (FabLab Moskva) så jeg min kollega opptatt med å sortere en full eske med skruer, muttere, ringer og annen maskinvare. Da jeg stoppet ved siden av ham, så jeg et øyeblikk og sa: "Det ville være en perfekt jobb for en maskin." Etter en rask titt på google så jeg at forskjellige geniale mekaniske systemer allerede eksisterte, men de kunne ikke løse problemet vårt, fordi i esken vår er et stort utvalg av deler. Å gjøre noe rent mekanisk ville være ganske komplisert. Den andre gode grunnen til å gå til et mer "robotisk" system var fordi dette ville kreve alle de tekniske feltene jeg liker: maskinsyn, robotarmer og elektromekaniske aktuatorer!

Denne maskinen plukker skruene og legger dem i forskjellige esker. Den består av en robotarm som håndterer en elektromagnet, et gjennomsiktig arbeidsbord over lys og et kamera på toppen. Etter å ha spredt noen skruer og muttere på arbeidsbordet, slås lysene på og et bilde tas. En algoritme oppdager delformene og returnerer posisjonene. Til slutt plasserer armen med elektromagneten delene en etter en i de ønskede boksene.

Dette prosjektet er fortsatt under utvikling, men nå oppnår jeg anstendige resultater som jeg vil dele med deg.

Trinn 1: Verktøy og materiale

Verktøy

• Laserskjærer
• Vinkelsliper
• Hacksag
• Skrujern
• Klemmer (jo flere jo bedre)
• Varm limpistol

Materiale

• Kryssfiner 3 mm (1 m2)
• Kryssfiner 6 mm (300 x 200 mm)
• Hvit, gjennomsiktig plast 4 mm (500 x 250 mm)
• Datamaskin (jeg prøver å flytte til bringebær pi)
• Webkamera (Logitech HD T20p, alle burde jobbe)
• Arduino med 4 PWM -utgang / analogWrite (tre servoer og elektromagnetspolen) (jeg bruker ProTrinket 5V)
• Prototypebrett
• Elektronisk ledning (2m)
• Bytte transistor (enhver transistor som kan drive en 2W spole) (jeg har S8050)
• Diode (Schottky er bedre)
• 2 motstander (100Ω, 330Ω)
• Strømforsyning 5V, 2A
• Servomikro (bredde 13 lengde 29 mm)
• 2 servoer standard (bredde 20 lengde 38 mm)
• Tre lim
• 4 metallhjørne med skruer (valgfritt)
• Trestang (30 x 20 x 2400)
• Varmt lim
• Emaljert kobbertråd (0,2, 0,3 mm diameter, 5m) (gammel transformator?)
• Mykt jern (16 x 25 x 4 mm)
• 3 lyspærer med fatning
• Koblingslist (230V, 6 elementer)
• Elektrisk ledning med stikkontakt (230V) (2 m)
• Peiling 625ZZ (innvendig diameter 5 mm, ytterdiameter 16 mm, høyde 5 mm)
• Peiling 608ZZ (innvendig diameter 8 mm, utvendig diameter 22 mm, høyde 7 mm)
• Peiling rb-lyn-317 (innvendig diameter 3 mm, utvendig diameter 8 mm, høyde 4 mm)
• Registerreim GT2 (2 mm stigning, 6 mm bred, 650 mm)
• Skrue M5 x 35
• Skrue M8 x 40
• 8 skruer M3 x 15
• 4 skruer M4 x 60
• 6 treskruer 2 x 8 mm
• Skrue M3 x 10
• Relékortmodul (direkte kontrollerbar med kontrolleren)

Trinn 2: Lag lysboksen

Lyskassen har fire hoveddeler og noen seler. Last ned disse delene og lim dem sammen unntatt den gjennomsiktige plasten. Jeg begynte med halvskiven i tre og den buede veggen. Du må holde veggen stramt rundt platen under tørking. Jeg brukte klemmer for å feste halvskiven og den buede veggen. Så holder noen tape veggen rundt den halve skiven. For det andre limte jeg en kant for å tåle det gjennomsiktige arbeidsbordet. Til slutt legges den flate veggen med tre (innvendig) og metallisk (utvendig) høyre kant.

Når boksen er ferdig, må du bare legge til lyspærene og koble ledningen og kontakten med kontaktlisten. Kutt 230V -ledningen der det er praktisk for deg, og sett inn relémodulen. Jeg lukket reléet (230V!) I en trekasse av sikkerhetshensyn.

Trinn 3: Lag robotarmen

Last ned delene og kutt dem. For å feste beltet på servomotoren brukte jeg biter av binders. Jeg spikret de to delbeltene på servomotoren og la til litt lim for å være sikker på at ingenting beveger seg.

For den lineære vertikale føringen må stempelet slipes for å unngå blokkering. Den må gli jevnt. Når den er montert, kan høyden justeres ved å kutte føringen i ønsket lengde. Behold den imidlertid så lenge som mulig for å forhindre over-senterlås. Stempelet er ganske enkelt limt på armboksen.

Lagrene er innelukket inne i remskivene. En remskive er laget av to lag kryssfiner. Disse to lagene berører ikke nødvendigvis hverandre, så i stedet for å lime dem sammen, lim dem til hver sin armplate. Øverste og nedre armplater vedlikeholdes av fire M3 x 15 skruer og muttere. Den første aksen (den store) er ganske enkelt M8 x 40 -skruen og den andre (den lille) M5 x 35 -skruen. Bruk muttere som avstandsstykker og skap for armdelene.

Trinn 4: Lag elektromagneten

En elektromagnet er rett og slett en myk jernkjerne med emaljert trådkopper rundt den. Den myke jernkjernen styrer magnetfeltet på ønsket sted. Strømmen i den emaljerte wire coper skaper dette magnetfeltet (det er proporsjonalt). Jo flere svinger du gjør, jo mer magnetfelt har du. Jeg designet et U-formet jern for å konsentrere magnetfeltet nær de fangede skruene og øke forhøyningskraften.

Skjær en U-form i et stykke mykt jern (høyde: 25 mm, bredde: 15 mm, jerntverrsnitt: 5 x 4 mm). Det er veldig viktig å fjerne de skarpe kantene før ledningen vikles rundt det U-formede jernet. Vær forsiktig med å holde samme viklingsretning (spesielt når du hopper til den andre siden, må du endre rotasjonsretningen fra ditt synspunkt, men du beholde samme retning fra det U-formede jernperspektivet) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Før du forgrener spolen til kretsen, må du kontrollere spolemotstanden med et multimeter og beregne strømmen med Ohms lov (U = RI). Jeg har mer enn 200 svinger på spolen. Jeg foreslår at du snurrer til du bare har 2 mm plass inne i U-formen.

Det er laget en treholder og det U-formede jernet er festet med varmt lim. To slisser gjør det mulig å feste ledningen i begge ender. Til slutt spikres to pinner på treholderen. De utgjør krysset mellom den emaljerte kupertråden og den elektroniske ledningen. For å forhindre skade på spolen la jeg et lag varmt lim rundt spolen. På det siste bildet kan du se en tredel som lukker det U-formede jernet. Funksjonen er å forhindre at skruer setter seg fast inne i det U-formede jernet.

Den emaljerte trådkoppen er hentet fra en ødelagt transformator. Hvis du gjør det, må du kontrollere at ledningen ikke er ødelagt eller at det ikke er kortslutninger i den brukte delen. Fjern tapen på den ferromagnetiske kjernen. Med en kutter løsner du alle jernskivene en etter en. Fjern deretter tapen på spolen og slapp til slutt av den emaljerte wire cooperen. Sekundærviklingen (spolen med stor diameter) har blitt brukt (transformatorinngang 230V, utgang 5V-1A).

Trinn 5: Lag kretsen

På et prototypebord bygde jeg skjematikken ovenfor. En bipolar transistor (S8050) har blitt brukt for å bytte elektromagnetisk spole. Kontroller at transistoren din kan håndtere strømmen beregnet i forrige trinn. En MOSFET er sannsynligvis mer egnet i denne situasjonen, men jeg tok det jeg hadde på hånden (og jeg ønsket lav motstand). Juster de to motstandene til transistoren din.

I skjemaet ovenfor er VCC og GND -ikonet koblet til + og - for strømforsyningen min. Servomotorene har tre ledninger: Signal, VCC og GND. Bare signalkabelen er koblet til kontrolleren, de andre er koblet til strømforsyningen. Kontrolleren drives av programmererkabelen.

Trinn 6: Koden

Sist men ikke minst: Koden. Du finner det her:

Det er ett program for kontrolleren (arduino -type) og et annet som kjører på datamaskinen (forhåpentligvis snart på bringebær). Koden på kontrolleren er ansvarlig for baneplanlegging, og den på datamaskinen lager bildebehandlingen og sender den resulterende posisjonen til kontrolleren. Bildebehandlingen er basert på OpenCV.

Datamaskinens program

Programmet tar et bilde med webkameraet og lysene, oppdager det gjennomsiktige bordbordets senter og radius og korrigerer eventuell bildrotasjon. Ut fra disse verdiene beregner programmet robotposisjonen (Vi kjenner robotposisjonen i henhold til platen). Programmet bruker blob detektorfunksjonen til OpenCV for å oppdage skruer og bolter. De forskjellige typer klatter filtreres med de tilgjengelige parameterne (område, farge, sirkulæritet, konveksitet, treghet) for å velge ønsket komponent. Resultatet av blobdetektor er posisjonen (i piksler) for de valgte blobene. Deretter transformerer en funksjon disse pikselposisjonene til millimeterposisjoner i armkoordinatsystemet (ortogonalt). En annen funksjon beregner nødvendig posisjon for hver armforbindelse for å ha elektromagneten i ønsket posisjon. Resultatet består av tre vinkler som til slutt sendes til kontrolleren.

Kontrollerens program

Dette programmet mottar koblingsvinklene og beveger armdelene for å nå disse vinklene. Den beregner først topphastigheten for hver join for å utføre trekket i løpet av samme tidsintervall. Deretter sjekker den om disse topphastighetene noen gang er nådd, i dette tilfellet vil trekket følge tre faser: akselerasjon, konstant hastighet og retardasjon. Hvis topphastigheten ikke oppnås, vil trekket bare følge to faser: akselerasjon og retardasjon. Øyeblikkene den må gå fra en fase til en annen, blir også beregnet. Til slutt utføres trekket: Med jevne mellomrom blir de nye faktiske vinklene beregnet og sendt. Hvis det er på tide å gå over til reirfasen, fortsetter utførelsen til neste fase.

Trinn 7: De siste berøringene

Rammen

En ramme ble lagt til for å holde kameraet. Jeg valgte å lage den med tre fordi den er billig, lett å jobbe med, lett å finne, miljøvennlig, behagelig å forme og den holder seg i stilen jeg begynte med. Ta en bildetest med kameraet for å avgjøre hvilken høyde som trengs. Sørg også for å gjøre den stiv og fast fordi jeg la merke til at den resulterende posisjonen er veldig følsom for eventuelle kamerabevegelser (i hvert fall før jeg la til funksjonen for automatisk gjenkjenning av arbeidsbordet). Kameraet må være plassert midt på arbeidsbordet, og i mitt tilfelle 520 mm fra den gjennomsiktige hvite overflaten.

Boksene

Som du kan se på bildet, er de bevegelige oppbevaringsboksene på den flate delen av arbeidsbordet. Du kan lage så mange bokser som nødvendig, men med mitt egentlige oppsett er plassen ganske begrenset. Likevel har jeg ideer for å forbedre dette punktet (jf. Fremtidige forbedringer).

Fremtidige forbedringer

• For øyeblikket er registerreimet lukket med en tredel, men denne løsningen begrenser området som armen kan nå. Jeg må legge til mer plass mellom den store servoen og armaksen eller lage et mindre lukkesystem.
• Kassene er langs den flate arbeidsbordkanten, hvis jeg legger den langs halvcirkelkanten, ville jeg hatt mye mer plass til å legge til bokser og sortere mange komponenttyper.
• Nå er blobdetekteringsfilteret nok til å sortere delene, men ettersom jeg ønsker å øke antall bokser, må jeg øke selektiviteten. Av denne grunn vil jeg prøve forskjellige gjenkjennelsesmetoder.
• Nå har ikke servomotorene jeg bruker nok rekkevidde til å nå hele halvbordet. Jeg må bytte servoer eller endre reduksjonsfaktoren mellom de forskjellige trinsene.
• Noen problemer oppstår ganske ofte, så det er viktig å forbedre påliteligheten. For det må jeg klassifisere typen problemer og konsentrere meg om de mer sannsynlige. Dette er allerede det jeg gjorde med det lille treverket som lukker det U-formede jernet og algoritmen for autodetekteringssenter, men nå blir problemene mer kompliserte å løse.
• Lag en PCB for kontrolleren og den elektroniske kretsen.
• Overfør koden til Raspberry pi for å ha en frittstående stasjon

Andre pris i organisasjonskonkurransen