Vintlarni saralash mashinasi: 7 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Bir kuni laboratoriyada (FabLab Moscow) men hamkasbimni vintlar, yong'oqlar, halqalar va boshqa asbob -uskunalarni to'la qutiga ajratish bilan bandligini ko'rdim. Uning yonida to'xtab, men bir soniya tomosha qildim va: "Bu mashina uchun mukammal ish bo'lardi", dedim. Google -ni tezda ko'rib chiqqach, men har xil aqlli mexanik tizimlar allaqachon mavjud bo'lganini ko'rdim, lekin ular bizning muammomizni hal qila olmadilar, chunki bizning qutimizda turli qismlar bor. Faqat mexanik ishni bajarish ancha murakkab bo'lardi. Yana "robotik" tizimga o'tishning yana bir yaxshi sababi shundaki, bu menga yoqadigan barcha texnik sohalarni talab qiladi: mashinani ko'rish, robot qo'llari va elektromexanik aktuatorlar!

Bu mashina vintlarni tanlab turli qutilarga joylashtiradi. U elektromagnitni boshqaradigan robot qo'li, yorug'lik ustidagi shaffof ishchi stol va tepadagi kameradan iborat. Ish stolining ustiga bir nechta vint va yong'oqlarni surtgandan so'ng, chiroqlar yoqiladi va rasmga olinadi. Algoritm qismlarning shakllarini aniqlaydi va ularning o'rnini qaytaradi. Nihoyat, elektromagnitli qo'l qismlarni birma -bir kerakli qutilarga joylashtiradi.

Bu loyiha hali ishlab chiqilmoqda, lekin hozir men siz bilan baham ko'rmoqchi bo'lgan yaxshi natijalarga erishmoqdaman.

1 -qadam: asboblar va materiallar

Asboblar

• Lazerli kesuvchi
• Burchak maydalagich
• Temir arra
• Tornavida
• Qisqichlar (qanchalik ko'p bo'lsa, shuncha yaxshi)
• Issiq yopishtiruvchi qurol

Material

• Kontrplak 3 mm (1 m2)
• 6 mm kontrplak (300 x 200 mm)
• Oq shaffof plastik 4 mm (500 x 250 mm)
• Kompyuter (men malina pi ga o'tishga harakat qilaman)
• Veb -kamera (Logitech HD T20p, hamma ishlashi kerak)
• 4 PWM chiqishi / analogWrite bilan Arduino (uchta servo va elektromagnit lasan) (men ProTrinket 5V dan foydalanaman)
• Prototiplash taxtasi
• Elektron sim (2 m)
• Kommutatsion tranzistor (2 Vt lasanni boshqaradigan har qanday tranzistor) (menda S8050 bor)
• Diyot (Shottki yaxshiroq)
• 2 rezistor (100Ω, 330Ω)
• Quvvat manbai 5V, 2A
• Servo mikro (kengligi 13 uzunlik 29 mm)
• 2 ta servo standart (kengligi 20 uzunlik 38 mm)
• Yog'och elim
• 4 vintli metall burchak (ixtiyoriy)
• Yog'och tayoq (30 x 20 x 2400)
• Issiq elim
• Emayalangan mis sim (diametri 0,2, 0,3 mm, 5m) (eski transformator?)
• Yumshoq temir (16 x 25 x 4 mm)
• Soketli 3 ta lampochka
• Ulanish tasmasi (230V, 6 ta element)
• Soketli elektr sim (230V) (2 m)
• Rulman 625ZZ (ichki diametri 5 mm, tashqi diametri 16 mm, balandligi 5 mm)
• Rulman 608ZZ (ichki diametri 8 mm, tashqi diametri 22 mm, balandligi 7 mm)
• Rb-lyn-317 rulmani (ichki diametri 3 mm, tashqi diametri 8 mm, balandligi 4 mm)
• Vaqt kamari GT2 (qadam 2 mm, kengligi 6 mm, 650 mm)
• Vint M5 x 35
• Vint M8 x 40
• 8 vint M3 x 15
• 4 vint M4 x 60
• 6 ta yog'och vintlardek 2 x 8 mm
• Vint M3 x 10
• O'rnatish paneli moduli (to'g'ridan -to'g'ri boshqaruvchi tomonidan boshqariladi)

2 -qadam: yorug'lik qutisini yarating

Yorug'lik qutisi to'rtta asosiy qismdan va ba'zi qavslardan iborat. Bu qismlarni yuklab oling va yopishtiring, shaffof plastmassadan tashqari. Men yog'ochdan yasalgan yarim disk va egilgan devordan boshladim. Quritish paytida siz devor atrofida diskni qattiq ushlab turishingiz kerak. Men yarim diskni va egilgan devor asosini mahkamlash uchun qisqichlardan foydalandim. Keyin tasma yarim disk atrofidagi devorni ushlab turadi. Ikkinchidan, men shaffof ishchi stolga bardosh berish uchun jant yopishtirdim. Nihoyat, tekis devor yog'och (ichki) va metall (tashqi) o'ng qirralari bilan qo'shiladi.

Quti tugagandan so'ng, siz faqat lampochkalarni qo'shishingiz va simni va rozetkani ulagich tasmasi bilan ulashingiz kerak. Siz uchun qulay bo'lgan 230V simni kesib oling va o'rni modulini joylashtiring. Men xavfsizlik nuqtai nazaridan o'rni (230V!) Yog'och qutiga joylashtirdim.

3 -qadam: Robot qo'lini yasang

Qismlarni yuklab oling va kesib oling. Kamarni servomotorga mahkamlash uchun men qisqichlardan foydalanardim. Men ikki qismli kamarni servomotorga mixlab qo'ydim va hech narsa qimirlamasligiga ishonch hosil qilish uchun elim qo'shdim.

Chiziqli vertikal yo'riqnoma uchun tiqilib qolmaslik uchun piston zımparalanishi kerak. U silliq siljishi kerak. Yig'ilgandan so'ng, kerakli uzunlikdagi yo'riqnomani kesib, balandlikni sozlash mumkin. Biroq, markazdan oshib ketishining oldini olish uchun uni iloji boricha uzoqroq tuting. Piston shunchaki qo'l qutisiga yopishtirilgan.

Rulmanlar kasnaklar ichiga o'ralgan. Bir kasnaq ikki qatlamli kontrplakdan yasalgan. Bu ikki qatlam bir -biriga tegishi shart emas, shuning uchun ularni bir -biriga yopishtirish o'rniga qo'l plastinkasiga yopishtiring. Yuqori va pastki qo'l plitalari to'rtta M3 x 15 vintli va yong'oq bilan saqlanadi. Birinchi o'q (katta) oddiy M8 x 40 vint, ikkinchisi (kichik) M5 x 35 vint. Yong'oqni qo'l qismlari uchun ajratgich va shkaf sifatida ishlating.

4 -qadam: Elektromagnit qiling

Elektromagnit - bu yumshoq temir yadro, uning atrofida emallangan simli kopirgich bor. Yumshoq temir yadro magnit maydonini kerakli joyga yo'naltiradi. Emaylangan simli mashinadagi oqim bu magnit maydonni hosil qiladi (u mutanosib). Bundan tashqari, siz qanchalik ko'p burilish qilsangiz, magnit maydoningiz shuncha ko'p bo'ladi. Men magnit maydonini ushlangan vintlar yaqiniga to'plash va oldingi kuchini oshirish uchun U shaklidagi temir ishlab chiqardim.

U-shaklini yumshoq temir bo'lagiga kesib oling (balandligi: 25 mm, kengligi: 15 mm, temir kesmasi: 5 x 4 mm). U shaklidagi temir atrofidagi simni o'rashdan oldin o'tkir qirralarni olib tashlash juda muhimdir. Bir xil burilish yo'nalishini saqlashga ehtiyot bo'ling (ayniqsa, siz boshqa tomonga sakraganingizda, siz o'z nuqtai nazaringizdan burilish yo'nalishini o'zgartirishingiz kerak, lekin siz U-shaklidagi temir nuqtai nazaridan bir xil yo'nalishni saqlaysiz) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Bobini zanjirga ulashdan oldin, rulman qarshiligini multimetr bilan tekshiring va tokni Ohm qonuni bilan hisoblang (U = RI). Mening bobinimda 200 dan ortiq burilish bor. Men sizga U shaklida faqat 2 mm bo'sh joy bo'lmaguncha shamollashni taklif qilaman.

Yog'och ushlagich yasalgan va U shaklidagi temir issiq elim bilan mahkamlangan. Ikkita tirqish simni ikkala uchiga mahkamlashga imkon beradi. Nihoyat, yog'och tutqichga ikkita pim mixlangan. Ular emallangan tel va elektron simlar orasidagi bog'lanishni tashkil qiladi. Bobinning shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun, rulonning atrofiga issiq yopishtiruvchi qatlam qo'shdim. Oxirgi rasmda siz U shaklidagi temirni yopadigan yog'och qismni ko'rishingiz mumkin. Uning vazifasi-har qanday vintni U shaklidagi dazmol ichiga tiqilib qolishining oldini olish.

Emaylangan tel kopirgich buzilgan transformatordan olingan. Agar shunday qilsangiz, simning uzilmaganligini yoki ishlatilgan qismida qisqa tutashuv yo'qligini tekshiring. Ferromagnit yadrodagi lentani olib tashlang. To'sar yordamida barcha temir bo'laklarni birma -bir ajratib oling. Keyin lasan ustidagi lentani olib tashlang va nihoyat emallangan tel dastani echib oling. Ikkilamchi o'rash (katta diametrli lasan) ishlatilgan (transformator kirish 230V, chiqish 5V-1A).

5 -qadam: O'chirish sxemasini tuzing

Prototip taxtasida men yuqoridagi sxemani tuzdim. Elektromagnit lasanni almashtirish uchun bipolyar tranzistor (S8050) ishlatilgan. Sizning tranzistoringiz oldingi bosqichda hisoblangan oqimni boshqarishi mumkinligini tekshiring. MOSFET, ehtimol, bu vaziyatda ko'proq mos keladi, lekin men qo'limda bo'lgan narsani oldim (va men past qarshilikka ega bo'lishni xohlardim). Transistorga ikkita rezistorni o'rnating.

Yuqoridagi sxemada VCC va GND belgisi + va - quvvat manbaiga ulangan. Servo motorlarida uchta sim bor: Signal, VCC va GND. Tekshirgichga faqat signal simlari ulangan, qolganlari quvvat manbaiga ulangan. Nazoratchi dasturchi kabeli orqali quvvatlanadi.

6 -qadam: Kod

Oxirgi, lekin hech bo'lmaganda: kod. Siz uni bu erda topasiz:

Tekshiruvchi uchun bitta dastur bor (arduino turi), ikkinchisi esa kompyuterda ishlaydi (umid qilamanki yaqinda malinada). Nazoratchining kodi traektoriyani rejalashtirish uchun javobgardir, kompyuterda esa tasvirni qayta ishlaydi va natijada olingan pozitsiyani tekshirgichga yuboradi. Rasmni qayta ishlash OpenCV -ga asoslangan.

Kompyuter dasturi

Dastur veb -kamera va chiroqlar yordamida tasvirni oladi, shaffof ishchi stol markazini va radiusini aniqlaydi va oxir -oqibat tasvirning aylanishini to'g'rilaydi. Bu qiymatlardan kelib chiqib, dastur robotning holatini hisoblab chiqadi (biz robotning holatini plastinka bo'yicha bilamiz). Dastur vintlar va murvatlarni aniqlash uchun OpenCV blob detektori funktsiyasidan foydalanadi. Har xil turdagi tomchilar kerakli komponentni tanlash uchun mavjud parametrlar (maydon, rang, dumaloqlik, qavariqlik, inertlik) bilan filtrlanadi. Blob detektori natijasi - tanlangan bloblarning joylashuvi (piksellarda). Keyin funktsiya bu piksel pozitsiyalarini qo'l koordinatalari tizimidagi millimetr pozitsiyalariga o'zgartiradi (ortogonal). Boshqa funktsiya, elektromagnitni kerakli pozitsiyada bo'lishi uchun har bir bo'lakning kerakli holatini hisoblab chiqadi. Natijada uchta burchakdan iborat bo'lib, ular oxir -oqibat boshqaruvchiga yuboriladi.

Nazoratchi dasturi

Ushbu dastur birlashma burchaklarini oladi va qo'l qismlarini shu burchaklarga siljitadi. Birinchidan, u bir xil vaqt oralig'ida harakatni amalga oshirish uchun har bir qo'shilishning maksimal tezligini hisoblab chiqadi. Keyin u yuqori tezlikka erishilganligini tekshiradi, bu holda harakat uch bosqichdan o'tadi: tezlashtirish, doimiy tezlik va sekinlashuv. Agar maksimal tezlikka erishilmasa, harakat faqat ikki bosqichdan iborat bo'ladi: tezlashuv va sekinlashuv. U bir bosqichdan ikkinchisiga o'tishi kerak bo'lgan daqiqalar ham hisoblab chiqiladi. Nihoyat, harakat bajariladi: Muntazam vaqt oralig'ida yangi haqiqiy burchaklar hisoblab chiqariladi va yuboriladi. Agar uyaning fazasiga o'tish vaqti kelgan bo'lsa, ijro keyingi bosqichga davom etadi.

7 -qadam: Yakuniy teginishlar

Ramka

Kamerani ushlab turish uchun ramka qo'shilgan. Men uni yog'ochdan yasashni tanladim, chunki u arzon, ishlash oson, topish oson, ekologik toza, shakli yoqimli va men boshlagan uslubda qoladi. Qaysi balandlik kerakligini aniqlash uchun kamera yordamida tasvir sinovini o'tkazing. Bundan tashqari, uni qattiq va to'g'rilab qo'yganingizga ishonch hosil qiling, chunki natijada joylashuv har qanday kameraning harakatiga juda sezgir ekanligini payqadim (hech bo'lmaganda ishchi stol avtomatik aniqlash funksiyasini qo'shishdan oldin). Kamera ish stolining markazida joylashgan bo'lishi kerak va menimcha, shaffof oq yuzadan 520 mm.

Qutilar

Rasmda ko'rib turganingizdek, harakatlanuvchi saqlash qutilari ish stolining tekis qismida joylashgan. Siz kerak bo'lganda qancha quti yasashingiz mumkin, lekin mening haqiqiy sozlashim bilan joy juda cheklangan. Shunga qaramay, men bu nuqtani yaxshilash bo'yicha fikrlarim bor (qarang. Kelajakdagi yaxshilanishlar).

Kelajakdagi yaxshilanishlar

• Hozirgi vaqtda vaqt kamari yog'och qism bilan yopilgan, ammo bu yechim qo'l yetishi mumkin bo'lgan maydonni cheklaydi. Men katta servo va qo'l o'qi o'rtasida ko'proq bo'sh joy qo'shishim yoki kichikroq yopish tizimini yasashim kerak.
• Qutilar ish stolining tekis qirrasi bo'ylab, agar men uni yarim doira chetiga qo'yib qo'ysam, qutilar qo'shish va ko'plab komponentlar turlarini saralash uchun ko'proq joy bo'lardi.
• Endi qismlarni saralash uchun blokni aniqlash filtri kifoya qiladi, lekin men qutilar sonini ko'paytirmoqchi bo'lsam, selektivlikni oshirish kerak bo'ladi. Shu sababli, men tanib olishning turli usullarini sinab ko'raman.
• Endi men foydalanadigan servomotorlarda diskning ish stolining yarmiga etib borish uchun etarli diapazon yo'q. Men servolarni o'zgartirishim yoki turli kasnaklar orasidagi pasayish koeffitsientini o'zgartirishim kerak.
• Ba'zi muammolar tez -tez ro'y beradi, shuning uchun ishonchliligini oshirish ustuvor vazifadir. Buning uchun men muammolarning turini tasniflashim va ehtimolga ko'proq e'tibor qaratishim kerak. Bu men U shaklidagi temir va avtomatik aniqlash markazining algoritmini yopadigan kichik yog'och bo'lagi bilan qilgan ishim, lekin hozir muammolarni hal qilish murakkablashib bormoqda.
• Tekshirish moslamasi va elektron sxemasi uchun tenglikni hosil qiling.
• Mustaqil stantsiyaga ega bo'lish uchun kodni Raspberry pi -ga o'tkazing

Tashkilot tanlovining ikkinchi mukofoti