دستگاه مرتب سازی پیچ: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

یک روز در آزمایشگاه (FabLab Moscow) ، همکارم را دیدم که مشغول مرتب کردن یک جعبه کامل پیچ ، مهره ، حلقه و سایر سخت افزارها بود. کنار او ایستادم ، یک ثانیه تماشا کردم و گفتم: "این یک کار عالی برای یک ماشین خواهد بود." پس از یک نگاه سریع در گوگل ، من دیدم که سیستم های مکانیکی مختلف مختلف از قبل وجود داشته اند ، اما آنها نمی توانند مشکل ما را حل کنند ، زیرا در جعبه ما انواع مختلفی از قطعات وجود دارد. انجام کاری کاملاً مکانیکی بسیار پیچیده خواهد بود. دلیل خوب دیگر برای رفتن به یک سیستم "روباتیک" بیشتر این بود که این امر به تمام زمینه های فنی مورد علاقه من نیاز دارد: بینایی ماشین ، بازوهای روباتیک و محرک های الکترومکانیکی!

این دستگاه پیچ ها را برداشته و در جعبه های مختلف قرار می دهد. این شامل یک بازوی رباتیک است که یک آهنربای الکتریکی ، یک میز کار شفاف در بالای چراغ ها و یک دوربین در قسمت بالا را کنترل می کند. پس از بازکردن چند پیچ و مهره روی میز کار ، چراغ ها روشن شده و عکس گرفته می شود. یک الگوریتم شکل قطعات را تشخیص داده و موقعیت آنها را برمی گرداند. در نهایت بازو با آهنربای الکتریکی قطعات را یکی یکی در جعبه های مورد نظر قرار می دهد.

این پروژه هنوز در حال توسعه است اما اکنون نتایج قابل قبولی به دست آورده ام که می خواهم با شما به اشتراک بگذارم.

مرحله 1: ابزار و مواد

ابزارها

• دستگاه برش لیزری
• آسیاب زاویه ای
• اره برقی
• پیچ گوشتی
• گیره (هرچه بیشتر بهتر)
• چسب حرارتی تفنگی

مواد

• تخته سه لا 3 میلی متر (1 متر مربع)
• تخته سه لا 6 میلی متر (300 200 200 میلی متر)
• پلاستیک سفید شفاف 4 میلی متر (500 250 250 میلی متر)
• کامپیوتر (من سعی می کنم به تمشک پی بروم)
• وب کم (Logitech HD T20p ، هرکسی باید کار کند)
• آردوینو با 4 خروجی PWM / analogWrite (سه سرو و سیم پیچ مغناطیسی) (من از ProTrinket 5V استفاده می کنم)
• تابلوی نمونه سازی
• سیم الکترونیکی (2 متر)
• ترانزیستور سوئیچینگ (هر ترانزیستوری که بتواند سیم پیچ 2 واتی را هدایت کند) (من S8050 دارم)
• دیود (Schottky بهتر است)
• 2 مقاومت (100Ω ، 330Ω)
• منبع تغذیه 5 ولت ، 2 آمپر
• سروو میکرو (عرض 13 طول 29 میلی متر)
• 2 سرو استاندارد (عرض 20 طول 38 میلی متر)
• چسب چوب
• 4 گوشه فلزی با پیچ (اختیاری)
• میله چوبی (30 20 20 24 2400)
• چسب گرم
• سیم مسی مینا (0.2 ، 0.3 میلی متر قطر ، 5 متر) (ترانسفورماتور قدیمی؟)
• آهن نرم (16 25 25 4 4 میلی متر)
• 3 لامپ با سوکت
• نوار اتصال (230V ، 6 عنصر)
• سیم برق با سوکت (230V) (2 متر)
• بلبرینگ 625ZZ (قطر داخلی 5 میلی متر ، قطر خارجی 16 میلی متر ، ارتفاع 5 میلی متر)
• بلبرینگ 608ZZ (قطر داخلی 8 میلی متر ، قطر خارجی 22 میلی متر ، ارتفاع 7 میلی متر)
• بلبرینگ rb-lyn-317 (قطر داخلی 3 میلی متر ، قطر خارجی 8 میلی متر ، ارتفاع 4 میلی متر)
• تسمه تایم GT2 (زمین 2 میلی متر ، عرض 6 میلی متر ، 650 میلی متر)
• پیچ M5 x 35
• پیچ M8 x 40
• 8 پیچ M3 x 15
• 4 پیچ M4 x 60
• 6 پیچ چوبی 2 در 8 میلی متر
• پیچ M3 x 10
• ماژول برد رله (مستقیماً توسط کنترل کننده قابل کنترل است)

مرحله 2: جعبه نور را بسازید

جعبه سبک دارای چهار قسمت اصلی و مقداری مهاربند است. این قطعات را بارگیری کرده و به جز پلاستیک شفاف آنها را به هم بچسبانید. من با نیم دیسک چوبی و دیوار خمیده شروع کردم. در حین خشک شدن باید دیوار را در اطراف دیسک محکم نگه دارید. من از گیره ها برای محکم کردن نیمه دیسک و پایه دیوار منحنی استفاده کردم. سپس مقداری نوار دیوار را در اطراف نیمه دیسک نگه می دارد. دوم ، من یک لبه را چسباندم تا بتوانم میز کار شفاف را تحمل کنم. در نهایت دیوار صاف با لبه های چوبی (داخل) و فلزی (خارج) راست اضافه می شود.

پس از تکمیل جعبه ، فقط باید لامپ ها را اضافه کرده و سیم و سوکت را با نوار اتصال وصل کنید. سیم 230V را در جایی که برای شما مناسب است قطع کنید و ماژول رله را وارد کنید. من به دلایل امنیتی رله (230V!) را در یک جعبه چوبی محصور کردم.

مرحله 3: بازوی ربات را بسازید

قطعات را بارگیری کرده و برش دهید. برای محکم کردن کمربند روی سرو موتور ، از تکه های گیره کاغذ استفاده کردم. کمربندهای دو قسمتی را روی سرو موتور حرکت دادم و مقداری چسب به آن اضافه کردم تا مطمئن شوم هیچ چیز تکان نمی خورد.

برای هدایت عمودی خطی ، پیستون باید سنباده زده شود تا از هرگونه انسداد جلوگیری شود. باید به آرامی بلغزد. پس از مونتاژ ، ارتفاع را می توان با برش هدایت در طول دلخواه تنظیم کرد. با این حال ، تا جایی که ممکن است آن را نگه دارید تا از قفل بیش از حد مرکز جلوگیری شود. پیستون به سادگی روی جعبه بازو چسبانده می شود.

بلبرینگ ها در داخل قرقره ها محصور شده اند. یک قرقره از دو لایه تخته سه لا ساخته شده است. این دو لایه لزوماً یکدیگر را لمس نمی کنند ، بنابراین به جای چسباندن آنها به یکدیگر ، آنها را به صفحه بازوی مربوطه بچسبانید. صفحات بازوی بالا و پایین توسط چهار پیچ و مهره M3 x 15 نگهداری می شوند. محور اول (بزرگ) به سادگی پیچ M8 x 40 و دوم (کوچک) پیچ M5 x 35 است. از مهره ها به عنوان جدا کننده و قفل برای قسمت های بازو استفاده کنید.

مرحله 4: آهنربای الکتریکی بسازید

الکترومغناطیس به سادگی یک هسته نرم آهنی است که دور آن مفتول مفتول دار است. هسته آهنی نرم میدان مغناطیسی را در محل مورد نظر هدایت می کند. جریان در سیم کشی میناکاری شده این میدان مغناطیسی را ایجاد می کند (متناسب است). همچنین هرچه بیشتر دور بچرخانید میدان مغناطیسی بیشتری خواهید داشت. من یک آهن به شکل U طراحی کردم تا میدان مغناطیسی را در نزدیکی پیچ های گیر کرده متمرکز کرده و نیروی پیش بینی را افزایش دهد.

یک شکل U را به قطعه ای از آهن نرم ببرید (ارتفاع: 25 میلی متر ، عرض: 15 میلی متر ، سطح مقطع آهن: 5 * 4 میلی متر). بسیار مهم است که لبه های تیز را قبل از پیچاندن سیم در اطراف آهن U شکل جدا کنید. مراقب باشید که جهت سیم پیچ یکسان باشد (مخصوصاً وقتی به طرف دیگر می پرید ، باید جهت چرخش را از دیدگاه خود تغییر دهید ، اما از جهت آهنی به شکل U همان جهت را حفظ می کنید) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) قبل از انشعاب سیم پیچ به مدار ، مقاومت سیم پیچ را با مولتی متر بررسی کنید و جریان را با قانون اهم (U = RI) محاسبه کنید. من بیش از 200 دور روی سیم پیچ خود دارم. من به شما پیشنهاد می کنم باد کنید تا زمانی که فقط 2 میلی متر فضای داخل شکل U داشته باشید.

یک نگهدارنده چوبی ساخته شده و آهن U شکل با چسب حرارتی محکم شده است. دو شکاف اجازه می دهد تا سیم را در دو طرف محکم کنید. در نهایت دو پین روی نگهدارنده چوبی میخ می شوند. آنها اتصال بین سیم کوپر میناکاری شده و سیم الکترونیکی را ایجاد می کنند. برای جلوگیری از آسیب دیدن سیم پیچ ، یک لایه چسب حرارتی به دور سیم پیچ اضافه کردم. در آخرین تصویر می توانید یک قسمت چوبی را ببینید که آهن U شکل را می بندد. عملکرد آن جلوگیری از گیر افتادن پیچ در داخل آهن U شکل است.

دستگاه مسی میناکاری شده از ترانسفورماتور خراب گرفته شده است. اگر این کار را انجام می دهید ، بررسی کنید که سیم خراب نشده باشد یا در قسمت مورد استفاده مدار کوتاه نداشته باشد. نوار روی هسته فرومغناطیس را بردارید. با برش ، تمام برش های آهن را یکی یکی جدا کنید. سپس نوار روی سیم پیچ را بردارید و در نهایت کوپر سیم میناکاری شده را باز کنید. از سیم پیچ ثانویه (سیم پیچ با قطر بزرگ) استفاده شده است (ورودی ترانس 230 ولت ، خروجی 5 ولت -1 آمپر).

مرحله 5: مدار را ایجاد کنید

روی یک تابلوی نمونه اولیه ، شماتیک بالا را ساختم. ترانزیستور دو قطبی (S8050) برای تغییر سیم پیچ الکترومغناطیس استفاده شده است. بررسی کنید که ترانزیستور شما بتواند جریان محاسبه شده در مرحله قبل را کنترل کند. MOSFET احتمالاً در این شرایط مناسب تر است ، اما من آنچه را که در دست داشتم برداشتم (و من مقاومت کم می خواستم). دو مقاومت را روی ترانزیستور خود تنظیم کنید.

در شماتیک بالا ، نماد VCC و GND به + و - منبع تغذیه من متصل هستند. سرو موتورها سه سیم دارند: سیگنال ، VCC و GND. فقط سیم سیگنال به کنترلر متصل است ، بقیه بر روی منبع تغذیه وصل شده اند. کنترل کننده توسط کابل برنامه نویس تغذیه می شود.

مرحله 6: کد

آخرین نکته اما مهم: کد. آن را در اینجا پیدا خواهید کرد:

یک برنامه برای کنترل کننده (نوع آردوینو) و دیگری که روی کامپیوتر اجرا می شود (امیدوارم به زودی با تمشک) اجرا شود. کد روی کنترلر مسئول برنامه ریزی مسیر است و کد روی رایانه پردازش تصویر را انجام می دهد و موقعیت به دست آمده را به کنترلر ارسال می کند. پردازش تصویر بر اساس OpenCV است.

برنامه کامپیوتر

این برنامه با وب کم و چراغها تصویری می گیرد ، مرکز و شعاع میز کار شفاف را تشخیص داده و چرخش نهایی تصویر را تصحیح می کند. از طریق این مقادیر ، برنامه موقعیت ربات را محاسبه می کند (ما موقعیت روبات را با توجه به صفحه می شناسیم). این برنامه از عملکرد آشکارساز حباب OpenCV برای تشخیص پیچ و مهره ها استفاده می کند. انواع مختلف حباب با پارامترهای موجود (مساحت ، رنگ ، دور ، محدب ، اینرسی) فیلتر می شوند تا جزء مورد نظر را انتخاب کنند. نتیجه آشکارساز حباب موقعیت (در پیکسل) حباب های انتخاب شده است. سپس یک تابع این موقعیت های پیکسل را به موقعیت های میلی متری در سیستم مختصات بازو (متعامد) تبدیل می کند. یک تابع دیگر موقعیت مورد نیاز هر بازو را محاسبه می کند تا الکترومغناطیس در موقعیت مورد نظر قرار گیرد. نتیجه شامل سه زاویه است که در نهایت به کنترلر ارسال می شود.

برنامه کنترل کننده

این برنامه زوایای اتصال را دریافت می کند و قسمت های بازو را حرکت می دهد تا به این زوایا برسد. ابتدا حداکثر سرعت هر اتصال را محاسبه می کند تا حرکت را در فاصله زمانی یکسان انجام دهد. سپس بررسی می کند که آیا این حداکثر سرعتها به دست آمده اند یا خیر ، در این حالت حرکت از سه مرحله پیروی می کند: شتاب ، سرعت ثابت و کاهش سرعت. در صورت عدم دستیابی به حداکثر سرعت ، حرکت تنها دو مرحله را دنبال می کند: شتاب و کاهش سرعت. لحظاتی که باید از یک مرحله به مرحله دیگر عبور کند نیز محاسبه می شود. در نهایت حرکت اجرا می شود: در فواصل منظم ، زوایای واقعی جدید محاسبه و ارسال می شوند. اگر زمان عبور از مرحله لانه فرا رسیده است ، اجرا به مرحله بعدی ادامه می یابد.

مرحله 7: لمس نهایی

قاب

یک قاب برای نگه داشتن دوربین اضافه شد. من انتخاب کردم که آن را با چوب بسازم زیرا ارزان است ، کار با آن آسان است ، پیدا کردن آن ، سازگار با محیط زیست ، خوشایند برای شکل دادن و به همان شیوه ای است که من شروع کردم. با دوربین آزمایش تصویری انجام دهید تا مشخص شود به چه ارتفاعی نیاز است. همچنین مطمئن شوید که آن را محکم و ثابت می کنید زیرا متوجه شدم که موقعیت بدست آمده نسبت به هرگونه حرکت دوربین بسیار حساس است (حداقل قبل از اضافه کردن عملکرد تشخیص خودکار میز کار). دوربین باید در مرکز میز کار و در مورد من 520 میلی متر از سطح سفید شفاف قرار گیرد.

جعبه ها

همانطور که در تصویر مشاهده می کنید ، جعبه های ذخیره سازی متحرک در قسمت مسطح میز کار قرار دارند. شما می توانید به تعداد مورد نیاز جعبه بسازید اما با تنظیمات واقعی من فضا بسیار محدود است. با این وجود من ایده هایی برای بهبود این نکته دارم (نک: پیشرفت های آینده).

پیشرفت های آینده

• در حال حاضر تسمه تایم با یک قسمت چوبی بسته می شود اما این محلول ناحیه ای را که بازو می تواند به آن برسد محدود می کند. من باید فضای بیشتری بین سروو بزرگ و محور بازو اضافه کنم یا یک سیستم بسته شدن کوچکتر ایجاد کنم.
• جعبه ها در امتداد لبه میز کار صاف هستند ، اگر آن را در امتداد لبه نیم دایره قرار دهم ، فضای بسیار بیشتری برای افزودن جعبه ها و مرتب سازی بسیاری از انواع اجزاء خواهم داشت.
• در حال حاضر فیلتر تشخیص لکه برای مرتب سازی قطعات کافی است ، اما از آنجا که می خواهم تعداد جعبه ها را افزایش دهم ، به افزایش انتخابی نیاز خواهم داشت. به همین دلیل ، من روش های مختلف تشخیص را امتحان می کنم.
• در حال حاضر سرو موتورهای مورد استفاده من محدوده کافی برای رسیدن به تمام میز کار نیم دیسک را ندارند. من باید سروها را تغییر دهم یا ضریب کاهش بین قرقره های مختلف را تغییر دهم.
• برخی از مسائل اغلب اتفاق می افتد بنابراین بهبود قابلیت اطمینان در اولویت است. برای این منظور باید نوع مسائل را طبقه بندی کنم و روی احتمالات بیشتر تمرکز کنم. این همان کاری است که من با قطعه چوبی کوچک انجام دادم که آهن U شکل را بسته و الگوریتم مرکز تشخیص خودکار را می بندد اما اکنون حل مسائل پیچیده تر می شود.
• یک مدار چاپی برای کنترل کننده و مدار الکترونیکی بسازید.
• کد را به Raspberry pi منتقل کنید تا یک ایستگاه مستقل داشته باشید

جایزه دوم در مسابقه سازمان