Makina e renditjes së vidave: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Një ditë në laborator (FabLab Moskë), pashë kolegun tim të zënë duke renditur një kuti të plotë me vida, arra, unaza dhe pajisje të tjera. Duke u ndalur pranë tij, unë shikova për një sekondë dhe thashë: "Do të ishte një punë e përsosur për një makinë". Pas një shikimi të shpejtë në google pashë që tashmë ekzistonin sisteme të ndryshme mekanike gjeniale, por ato nuk mund ta zgjidhnin problemin tonë sepse në kutinë tonë gjendet një larmi e gjerë pjesësh. Të bësh diçka thjesht mekanike do të ishte mjaft e komplikuar. Arsyeja tjetër e mirë për të shkuar në një sistem më "robotik" ishte sepse kjo do të kërkonte të gjitha fushat teknike që unë dua: shikimin e makinerisë, krahët robotikë dhe aktivizuesit elektromekanikë!

Kjo makinë zgjedh vidhat dhe i vendos ato në kuti të ndryshme. Ai përbëhet nga një krah robotik i cili trajton një elektromagnet, një tryezë pune të tejdukshme mbi dritat dhe një aparat fotografik në krye. Pasi të keni përhapur disa vida dhe arra në tryezën e punës, dritat ndizen dhe bëhet një fotografi. Një algoritëm zbulon format e pjesëve dhe kthen pozicionet e tyre. Së fundi krahu me elektromagnet i vendos pjesët një nga një në kutitë e dëshiruara.

Ky projekt është ende në zhvillim, por tani kam marrë rezultate të mira që dua të ndaj me ju.

Hapi 1: Mjetet dhe materiali

Mjetet

• Prerës me lazer
• Mulli këndor
• Sharrë hekuri
• Kaçavidë
• Kapëset (sa më shumë aq më mirë)
• Armë me zam të nxehtë

Materiale

• Kompensatë 3mm (1 m2)
• Kompensatë 6mm (300 x 200 mm)
• Plastikë e bardhë e tejdukshme 4mm (500 x 250 mm)
• Kompjuter (Unë jam duke u përpjekur për të kaluar në mjedër pi)
• Webcam (Logitech HD T20p, çdokush duhet të punojë)
• Arduino me 4 dalje PWM / analogWrite (tre servo dhe spiralja elektromagnetike) (Unë përdor ProTrinket 5V)
• Tabela e prototipimit
• Teli elektronik (2m)
• Transistor kalimi (çdo transistor që mund të drejtojë një spirale 2W) (kam S8050)
• Dioda (Schottky është më mirë)
• 2 rezistente (100Ω, 330Ω)
• Furnizimi me energji 5V, 2A
• Servo mikro (gjerësia 13 gjatësia 29 mm)
• 2 servos standarde (gjerësia 20 gjatësi 38 mm)
• Ngjitës druri
• 4 qoshe metalike me vida (opsionale)
• Shufër druri (30 x 20 x 2400)
• Zam i nxehtë
• Tela bakri të emaluar (0.2, diametër 0.3 mm, 5m) (transformator i vjetër?)
• Hekur i butë (16 x 25 x4 mm)
• 3 llamba me prizë
• Shirit lidhës (230V, 6 elementë)
• Teli elektrik me prizë (230V) (2 m)
• Duke 625ZZ (diametri i brendshëm 5mm, diametri i jashtëm 16 mm, lartësia 5mm)
• Mbajtës 608ZZ (diametri i brendshëm 8mm, diametri i jashtëm 22 mm, lartësia 7mm)
• Mbajtës rb-lyn-317 (diametri i brendshëm 3mm, diametri i jashtëm 8 mm, lartësia 4mm)
• Rripi i kohës GT2 (katran 2 mm, 6 mm i gjerë, 650 mm)
• Vidë M5 x 35
• Vidë M8 x 40
• 8 vida M3 x 15
• 4 vida M4 x 60
• 6 vida druri 2 x 8 mm
• Vidë M3 x 10
• Moduli i bordit stafetë (i kontrollueshëm drejtpërdrejt nga kontrolluesi)

Hapi 2: Bëni kutinë e dritës

Kutia e dritës ka katër pjesë kryesore dhe disa mbajtëse. Shkarkoni këto pjesë dhe ngjitini së bashku përveç plastikës së tejdukshme. Fillova me gjysmën disk prej druri dhe murin e lakuar. Ju duhet ta mbani murin të shtrënguar rreth diskut gjatë tharjes. Kam përdorur kapëse për të siguruar gjysmën e diskut dhe bazën e murit të lakuar. Pastaj disa kaseta mbajnë murin rreth gjysmës së diskut. Së dyti, ngjita një buzë për t'i bërë ballë tryezës së tejdukshme të punës. Së fundi, muri i sheshtë shtohet me skajet e djathta prej druri (brenda) dhe metalike (jashtë).

Pasi të përfundojë kutia, ju vetëm duhet të shtoni llambat dhe lidhni telin dhe prizën me shiritin e lidhësit. Pritini tela 230V aty ku është e përshtatshme për ju dhe futni modulin e stafetës. E mbylla stafetën (230V!) Në një kuti druri për arsye sigurie.

Hapi 3: Bëni krahun robot

Shkarkoni pjesët dhe prerë ato. Për të siguruar rripin në servomotor kam përdorur copa kapëse letre. I gozhdua rripat me dy pjesë në servomotor dhe shtova pak zam për t'u siguruar që asgjë nuk lëviz.

Për drejtimin vertikal linear, kumarxhi duhet të fshihet për të shmangur çdo bllokim. Duhet të rrëshqasë pa probleme. Pasi të jetë mbledhur, lartësia mund të rregullohet duke prerë udhëzimin në gjatësinë e dëshiruar. Sidoqoftë, mbajeni sa më gjatë që të jetë e mundur për të parandaluar bllokimin mbi qendër. Kumarxhi thjesht është ngjitur në kutinë e krahut.

Kushinetat janë të mbyllura brenda rrotullave. Një rrotull është bërë nga dy shtresa kompensatë. Këto dy shtresa nuk janë domosdoshmërisht duke prekur njëra -tjetrën, kështu që në vend që t'i ngjitni së bashku, ngjitini ato në pllakën përkatëse të krahut. Pllakat e krahut të sipërm dhe të poshtëm mbahen nga katër vida dhe arra M3 x 15. Aksi i parë (i madh) është thjesht vida M8 x 40 dhe e dyta (e vogël) vida M5 x 35. Përdorni arra si ndarës dhe dollapë për pjesët e krahut.

Hapi 4: Bëni Elektromagnetin

Një elektromagnet është thjesht një bërthamë e butë hekuri me copë teli të emaluar rreth tij. Bërthama e butë e hekurit drejton fushën magnetike në vendin e dëshiruar. Rryma në bakër teli të emaluar krijon këtë fushë magnetike (është proporcionale). Gjithashtu sa më shumë kthesa të bëni aq më shumë fushë magnetike keni. Kam projektuar një hekur në formë U për të përqendruar fushën magnetike pranë vidhave të kapura dhe për të rritur forcën e parashikimit.

Pritini një formë U në një copë hekuri të butë (lartësia: 25mm, gjerësia: 15mm, seksion kryq hekuri: 5 x 4mm). Veryshtë shumë e rëndësishme të hiqni skajet e mprehta para se të mbështillni tela rreth hekurit në formë U. Kini kujdes të mbani të njëjtin drejtim dredha-dredha (veçanërisht kur hidheni në anën tjetër, duhet të ndryshoni drejtimin e rrotullimit nga pikëpamja juaj, por mbani të njëjtin drejtim nga pikëpamja e hekurit në formë U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Para se të degëzoni spiralën në qark, kontrolloni rezistencën e spirales me një multimetër dhe llogaritni rrymën me ligjin e Ohmit (U = RI). Unë kam më shumë se 200 kthesa në spiralen time. Unë ju sugjeroj të fryni derisa të keni vetëm 2 mm hapësirë brenda formës U.

Holdshtë bërë një mbajtëse druri dhe hekuri në formë U është siguruar me zam të nxehtë. Dy çarje lejojnë të sigurojnë tela në të dy skajet. Më në fund dy kunja janë gozhduar në mbajtësen prej druri. Ata bëjnë kryqëzimin midis telit të stampuar të tamponit dhe telit elektronik. Për të parandaluar çdo dëmtim të spirales, shtova një shtresë zam të nxehtë në të gjithë spiralen. Në foton e fundit mund të vëzhgoni një pjesë prej druri që mbyll hekurin në formë U. Funksioni i tij është të parandalojë që çdo vidë të ngecet brenda hekurit në formë U.

Kopjuesi i telit të emaluar është marrë nga një transformator i prishur. Nëse e bëni këtë, kontrolloni që teli të mos jetë i prishur ose të mos ketë qarqe të shkurtra në pjesën e përdorur. Hiqeni shiritin në bërthamën ferromagnetike. Me një prestar, shkëputni një nga një të gjitha feta hekuri. Pastaj hiqni shiritin në spirale dhe më në fund shpalosni stofin e telit të emaluar. Windshtë përdorur dredha-dredha dytësore (spiralja me diametër të madh) (hyrja e transformatorit 230V, dalja 5V-1A).

Hapi 5: Bëni qarkun

Në një tabelë prototipimi, ndërtova skemën e mësipërme. Një tranzistor bipolar (S8050) është përdorur për ndërrimin e spirales së elektromagnetit. Kontrolloni që transistori juaj të mund të trajtojë rrymën e llogaritur në hapin e mëparshëm. Një MOSFET është ndoshta më i përshtatshmi në këtë situatë, por unë mora atë që kisha në dorë (dhe doja një rezistencë të ulët). Rregulloni dy rezistorët në transistorin tuaj.

Në skemën e mësipërme, ikona VCC dhe GND janë të lidhura me + dhe - të furnizimit tim me energji. Servomotorët kanë tre tela: Signal, VCC dhe GND. Vetëm tela e sinjalit është e lidhur me kontrolluesin, të tjerët janë të lidhur në furnizimin me energji elektrike. Kontrolluesi mundësohet nga kablloja e programuesit.

Hapi 6: Kodi

E fundit por jo më pak e rëndësishme: Kodi. Do ta gjeni këtu:

Ekziston një program për kontrolluesin (lloji arduino) dhe një tjetër që funksionon në kompjuter (shpresojmë së shpejti në mjedër). Kodi në kontrollues është përgjegjës për planifikimin e trajektores dhe ai në kompjuter bën përpunimin e imazhit dhe i dërgon pozicionin që rezulton kontrolluesit. Përpunimi i imazhit bazohet në OpenCV.

Programi i kompjuterit

Programi merr një imazh me kamerën në internet dhe dritat, zbulon qendrën dhe rrezen e tejdukshme të tryezës së punës dhe korrigjon rrotullimin përfundimtar të imazhit. Nga këto vlera, programi llogarit pozicionin e robotit (Ne e dimë pozicionin e robotit sipas pllakës). Programi përdor funksionin e detektorit të blloqeve të OpenCV për të zbuluar vida dhe bulona. Llojet e ndryshme të blloqeve filtrohen me parametrat e disponueshëm (zona, ngjyra, qarkullimi, konveksiteti, inercia) në mënyrë që të zgjidhni përbërësin e dëshiruar. Rezultati i detektorit të pikave është pozicioni (në piksel) i njollave të zgjedhura. Pastaj një funksion i transformon këto pozicione pikseli në pozicione milimetrike në sistemin koordinativ të krahut (ortogonal). Një funksion tjetër llogarit pozicionin e kërkuar të secilës krah të bashkuar në mënyrë që të ketë elektromagnet në pozicionin e dëshiruar. Rezultati konsiston në tre kënde të cilat më në fund i dërgohen kontrolluesit.

Programi i kontrolluesit

Ky program merr këndet e bashkimit dhe lëviz pjesët e krahut për të arritur në këto kënde. Së pari llogarit shpejtësinë maksimale të secilës bashkim në mënyrë që të kryejë lëvizjen gjatë të njëjtit interval kohor. Pastaj kontrollon nëse këto shpejtësi maksimale janë arritur ndonjëherë, në këtë rast lëvizja do të ndjekë tre faza: nxitim, shpejtësi konstante dhe ngadalësim. Nëse shpejtësia maksimale nuk arrihet, lëvizja do të ndjekë vetëm dy faza: nxitimi dhe ngadalësimi. Momentet në të cilat duhet të kalojë nga njëra fazë në tjetrën llogariten gjithashtu. Së fundi, lëvizja ekzekutohet: Në intervale të rregullta, këndet e reja aktuale llogariten dhe dërgohen. Nëse është koha për të kaluar në fazën e folesë, ekzekutimi vazhdon në fazën tjetër.

Hapi 7: Prekjet përfundimtare

Korniza

U shtua një kornizë për të mbajtur kamerën. Zgjodha ta bëja me dru sepse është i lirë, i lehtë për t’u punuar, i lehtë për t’u gjetur, miqësor ndaj mjedisit, i këndshëm për t’u formuar dhe qëndron në stilin me të cilin fillova. Bëni një test imazhi me kamerën për të vendosur se çfarë lartësie nevojitet. Gjithashtu sigurohuni që ta bëni atë të ngurtë dhe të fiksuar sepse vura re se pozicioni i rezultuar është shumë i ndjeshëm ndaj çdo lëvizjeje të kamerës (të paktën para se të shtoja funksionin e zbulimit automatik të tryezës së punës). Kamera duhet të vendoset në qendrën e tryezës së punës dhe, në rastin tim, 520 mm nga sipërfaqja e bardhë e tejdukshme.

Kutitë

Siç mund ta shihni në foto, kutitë e lëvizshme të ruajtjes janë në pjesën e sheshtë të tryezës së punës. Ju mund të bëni sa më shumë kuti sipas nevojës, por me konfigurimin tim aktual hapësira është mjaft e kufizuar. Sidoqoftë, unë kam ide për të përmirësuar këtë pikë (shih përmirësimet e ardhshme).

Përmirësimet e së ardhmes

• Për momentin rripi i kohës është i mbyllur me një pjesë prej druri, por kjo zgjidhje kufizon zonën që krahu mund të arrijë. Më duhet të shtoj më shumë hapësirë midis servo -së së madhe dhe boshtit të krahut ose të bëj një sistem më të vogël mbylljeje.
• Kutitë janë përgjatë skajit të sheshtë të tryezës së punës, nëse e vendos atë përgjatë skajit të gjysmës së rrethit, do të kisha shumë më tepër hapësirë për të shtuar kuti dhe për të renditur shumë lloje përbërësish.
• Tani filtri i zbulimit të pikave është i mjaftueshëm për të renditur pjesët, por meqë unë dua të rris numrin e kutive, do të më duhet rritja e selektivitetit. Për këtë arsye, unë do të provoj metoda të ndryshme njohjeje.
• Tani servomotorët që përdor nuk kanë diapazon të mjaftueshëm për të arritur të gjithë tryezën e punës me gjysmë disk. Më duhet të ndryshoj servos ose të ndryshoj faktorin e zvogëlimit midis rrotullave të ndryshme.
• Disa çështje shfaqen mjaft shpesh, kështu që përmirësimi i besueshmërisë është përparësia. Për këtë më duhet të klasifikoj llojin e çështjeve dhe të përqendrohem në më të mundshmet. Kjo është tashmë ajo që bëra me copën e vogël të drurit që mbyll hekurin në formë U dhe algoritmin e qendrës së zbulimit automatik, por tani çështjet bëhen më të ndërlikuara për t'u zgjidhur.
• Bëni një PCB për kontrolluesin dhe qarkun elektronik.
• Migroni kodin në Raspberry pi për të pasur një stacion të vetëm

Çmimi i dytë në Konkursin e Organizatës