Vida Ayırma Makinesi: 7 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bir gün laboratuvarda (FabLab Moskova), meslektaşımın bir kutu dolusu vida, somun, halka ve diğer donanımları ayırmakla meşgul olduğunu gördüm. Yanında durup bir saniye izledim ve "Bir makine için mükemmel bir iş olur" dedim. Google'a kısa bir bakış attıktan sonra, farklı dahiyane mekanik sistemlerin zaten var olduğunu ancak kutumuzda çok çeşitli parçalar olduğu için sorunumuzu çözemediklerini gördüm. Tamamen mekanik bir şey yapmak oldukça karmaşık olurdu. Daha "robotik" bir sisteme geçmenin diğer iyi nedeni, bunun sevdiğim tüm teknik alanları gerektirmesiydi: makine görüşü, robotik kollar ve elektromekanik aktüatörler!

Bu makine vidaları alır ve farklı kutulara yerleştirir. Bir elektromıknatısı, ışıkların üzerinde yarı saydam bir çalışma masasını ve üstte bir kamerayı tutan robotik bir koldan oluşur. Çalışma tezgahına bir kaç vida ve somun serildikten sonra ışıklar açılır ve resim çekilir. Bir algoritma, parça şekillerini algılar ve konumlarını döndürür. Son olarak elektromıknatıslı kol, parçaları tek tek istenilen kutulara yerleştirir.

Bu proje hala geliştirme aşamasında ama şimdi sizlerle paylaşmak istediğim iyi sonuçlar elde ediyorum.

Adım 1: Araçlar ve Malzeme

Aletler

• Lazer kesici
• açılı taşlama
• Demir testeresi
• Tornavida
• Kelepçeler (ne kadar çok o kadar iyi)
• Sıcak yapıştırıcı tabancası

Malzeme

• Kontrplak 3mm (1 m2)
• Kontrplak 6mm (300 x 200 mm)
• Beyaz yarı saydam plastik 4 mm (500 x 250 mm)
• Bilgisayar (ahududu pi'ye geçmeye çalışıyorum)
• Web kamerası (Logitech HD T20p, herkes çalışmalı)
• 4 PWM çıkışlı / analogWrite'lı Arduino (üç servo ve elektromıknatıs bobini) (ProTrinket 5V kullanıyorum)
• Prototip tahtası
• Elektronik tel (2m)
• Anahtarlama transistörü (2W bobin sürebilen herhangi bir transistör) (S8050'ye sahibim)
• Diyot (Schottky daha iyidir)
• 2 direnç (100Ω, 330Ω)
• Güç kaynağı 5V, 2A
• Servo mikro (genişlik 13 uzunluk 29 mm)
• 2 servo standart (genişlik 20 uzunluk 38 mm)
• Ahşap tutkalı
• 4 adet vidalı metal köşe (isteğe bağlı)
• Tahta çubuk (30 x 20 x 2400)
• Sıcak tutkal
• Emaye bakır tel (0,2, 0,3 mm çap, 5m)(eski transformatör?)
• Yumuşak demir (16 x 25 x4 mm)
• Soketli 3 ampul
• Bağlantı şeridi (230V, 6 eleman)
• Soketli elektrik teli (230V) (2 m)
• 625ZZ Rulman (iç çap 5 mm, dış çap 16 mm, yükseklik 5 mm)
• 608ZZ Rulman (iç çap 8 mm, dış çap 22 mm, yükseklik 7 mm)
• Rulman rb-lyn-317 (iç çap 3 mm, dış çap 8 mm, yükseklik 4 mm)
• GT2 triger kayışı (2 mm hatve, 6 mm genişlik, 650 mm)
• Vida M5 x 35
• Vida M8 x 40
• 8 vida M3 x 15
• 4 vida M4 x 60
• 6 ağaç vidası 2 x 8 mm
• Vida M3 x 10
• Röle kartı modülü (kontrolör tarafından doğrudan kontrol edilebilir)

Adım 2: Işık Kutusunu Yapın

Işık kutusunun dört ana parçası ve bazı parantezleri vardır. Bu parçaları indirin ve yarı saydam plastik hariç birbirine yapıştırın. Ahşap yarım disk ve kavisli duvarla başladım. Kurutma sırasında diskin etrafındaki duvarı sıkı tutmanız gerekir. Yarım diski ve kavisli duvar tabanını sabitlemek için kelepçeler kullandım. Sonra bir bant, duvarı yarım diskin etrafında tutar. İkinci olarak, yarı saydam çalışma masasına dayanması için bir jant yapıştırdım. Son olarak düz duvar, ahşap (iç) ve metalik (dış) sağ kenarlarla eklenir.

Kutu tamamlandığında, ampulleri eklemeniz ve kabloyu ve soketi bağlantı şeridine bağlamanız yeterlidir. 230V kabloyu sizin için uygun olan yerden kesin ve röle modülünü takın. Güvenlik nedeniyle röleyi (230V!) tahta bir kutuya yerleştirdim.

Adım 3: Robot Kolunu Yapın

Parçaları indirin ve kesin. Kayışı servo motora sabitlemek için ataç parçaları kullandım. İki parçalı kayışı servo motora çiviledim ve hiçbir şeyin hareket etmediğinden emin olmak için biraz yapıştırıcı ekledim.

Doğrusal dikey yönlendirme için, herhangi bir tıkanmayı önlemek için pistonun zımparalanması gerekir. Sorunsuz kayması gerekiyor. Bir kez monte edildikten sonra, kılavuz istenen uzunlukta kesilerek yükseklik ayarlanabilir. Ancak, merkezden aşırı kilitlenmeyi önlemek için mümkün olduğunca uzun tutun. Piston basitçe kol kutusuna yapıştırılmıştır.

Rulmanlar kasnakların içine yerleştirilmiştir. Bir makara iki kat kontrplaktan yapılmıştır. Bu iki katman mutlaka birbirine değmek zorunda değildir, bu nedenle bunları birbirine yapıştırmak yerine ilgili kol plakasına yapıştırın. Üst ve alt kol plakaları, dört adet M3 x 15 vida ve somun ile korunur. İlk eksen (büyük olan) basitçe M8 x 40 vida ve ikincisi (küçük olan) M5 x 35 vidadır. Kol parçaları için ara parça ve kilit olarak somun kullanın.

Adım 4: Elektromıknatısı Yapın

Bir elektromıknatıs, etrafında emaye tel bakır bulunan yumuşak bir demir çekirdektir. Yumuşak demir çekirdek, manyetik alanı istenilen yere yönlendirir. Emaye tel bakırdaki akım bu manyetik alanı yaratır (orantılıdır). Ayrıca ne kadar çok dönüş yaparsanız o kadar fazla manyetik alanınız olur. Yakalanan vidaların yakınındaki manyetik alanı yoğunlaştırmak ve kavrama kuvvetini artırmak için U şeklinde bir demir tasarladım.

U şeklinde bir yumuşak demir parçası kesin (yükseklik: 25 mm, genişlik: 15 mm, demir kesiti: 5 x 4 mm). U şeklindeki demirin etrafına teli sarmadan önce keskin kenarları çıkarmak çok önemlidir. Aynı sarım yönünü korumaya dikkat edin (özellikle diğer tarafa atladığınızda kendi bakış açınıza göre dönüş yönünü değiştirmeniz gerekiyor fakat U şeklindeki demir bakış açısından aynı yönü koruyorsunuz)(https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Bobini devreye ayırmadan önce, bir multimetre ile bobin direncini kontrol edin ve Ohm kanunu (U=RI) ile akımı hesaplayın. Bobinimde 200'den fazla dönüş var. U-şeklinde sadece 2 mm boşluk kalana kadar sarmanızı öneririm.

Ahşap bir tutucu yapılmış ve U şeklindeki demir sıcak tutkalla sabitlenmiştir. İki yarık, telin her iki ucundan sabitlenmesini sağlar. Son olarak ahşap tutucuya iki adet pim çakılır. Emaye bakır tel ile elektronik tel arasındaki bağlantıyı yaparlar. Bobinin zarar görmemesi için, bobinin etrafına bir kat sıcak tutkal ekledim. Son resimde U şeklindeki demiri kapatan ahşap bir parçayı görebilirsiniz. İşlevi, herhangi bir vidanın U şeklindeki demirin içine sıkışmasını önlemektir.

Emaye tel bakır kırık bir transformatörden alınmıştır. Bunu yaparsanız, kullanılan kısımda telin kopmadığını veya kısa devre olmadığını kontrol edin. Ferromanyetik çekirdek üzerindeki bandı çıkarın. Bir kesici ile tüm demir dilimlerini tek tek ayırın. Ardından bobin üzerindeki bandı çıkarın ve son olarak emaye tel bakırı açın. İkincil sargı (büyük çaplı bobin) kullanılmıştır (trafo girişi 230V, çıkış 5V-1A).

Adım 5: Devreyi Yapın

Bir prototipleme panosunda yukarıdaki şemayı oluşturdum. Elektromıknatıs bobinini değiştirmek için bir bipolar transistör (S8050) kullanılmıştır. Transistörünüzün önceki adımda hesaplanan akımı kaldırabildiğini kontrol edin. Bu durumda bir MOSFET muhtemelen daha uygundur, ancak elimde olanı aldım (ve düşük bir direnç istedim). İki direnci transistörünüze göre ayarlayın.

Yukarıdaki şemada VCC ve GND ikonu güç kaynağımın + ve - uçlarına bağlanmıştır. Servo motorların üç kablosu vardır: Signal, VCC ve GND. Kontrolöre sadece sinyal kablosu bağlanır, diğerleri güç kaynağına bağlanır. Kontrolör, programlayıcı kablosuyla çalışır.

Adım 6: Kod

Son fakat en az değil: Kod. Burada bulacaksınız:

Denetleyici için bir program (arduino tipi) ve bilgisayarda çalışan başka bir program var (umarım yakında ahududu üzerinde). Kontrolör üzerindeki kod yörünge planlamasından sorumludur ve bilgisayardaki kod görüntü işlemeyi yapar ve elde edilen konumu kontrolöre gönderir. Görüntü işleme OpenCV'ye dayanmaktadır.

bilgisayar programı

Program, web kamerası ve ışıklarla bir görüntü çeker, yarı saydam çalışma masasının merkezini ve yarıçapını algılar ve nihai görüntü dönüşünü düzeltir. Program bu değerlerden robot pozisyonunu hesaplar (Plakaya göre robot pozisyonunu biliyoruz). Program, vidaları ve cıvataları algılamak için OpenCV'nin blob dedektörü işlevini kullanır. İstenen bileşeni seçmek için farklı blob türleri mevcut parametrelerle (alan, renk, dairesellik, dışbükeylik, atalet) filtrelenir. Blob algılayıcının sonucu, seçilen blobların konumudur (piksel olarak). Daha sonra bir fonksiyon, bu piksel konumlarını kol koordinat sisteminde (ortogonal) milimetre konumlarına dönüştürür. Başka bir işlev, elektromıknatısın istenen konumda olması için her bir kol bağlantısının gerekli konumunu hesaplar. Sonuç, nihayet kontrolöre gönderilen üç açıdan oluşur.

kontrolör programı

Bu program birleştirme açılarını alır ve bu açılara ulaşmak için kol kısımlarını hareket ettirir. Hareketi aynı zaman aralığında gerçekleştirmek için önce her bir birleştirmenin en yüksek hızını hesaplar. Ardından, bu en yüksek hızlara ulaşılıp ulaşılmadığını kontrol eder, bu durumda hareket üç aşamayı takip eder: hızlanma, sabit hız ve yavaşlama. En yüksek hıza ulaşılmazsa, hareket yalnızca iki aşamayı takip edecektir: hızlanma ve yavaşlama. Bir fazdan diğerine geçmesi gereken anlar da hesaplanır. Son olarak hareket gerçekleştirilir: Düzenli aralıklarla yeni gerçek açılar hesaplanır ve gönderilir. Yuva aşamasına geçme zamanı geldiyse, yürütme bir sonraki aşamaya devam eder.

7. Adım: Son Dokunuşlar

Çerçeve

Kamerayı tutmak için bir çerçeve eklendi. Ahşapla yapmayı seçtim çünkü ucuz, işlenmesi kolay, bulması kolay, çevre dostu, şekillendirmesi hoş ve başladığım tarzda kalıyor. Hangi yüksekliğin gerekli olduğuna karar vermek için kamerayla bir görüntü testi yapın. Ayrıca, elde edilen konumun herhangi bir kamera hareketine karşı çok hassas olduğunu fark ettiğim için sert ve sabit yaptığınızdan emin olun (en azından çalışma masası otomatik algılama işlevini eklemeden önce). Kamera, çalışma masasının ortasına ve benim durumumda yarı saydam beyaz yüzeyden 520 mm uzağa yerleştirilmelidir.

Kutular

Resimde gördüğünüz gibi hareketli saklama kutuları çalışma masasının düz kısmındadır. Gerektiği kadar kutu yapabilirsiniz, ancak benim gerçek kurulumumda alan oldukça sınırlıdır. Yine de bu noktayı geliştirmek için fikirlerim var (bkz. gelecekteki iyileştirmeler).

Gelecekteki İyileştirmeler

• Triger kayışı şimdilik ahşap bir parça ile kapatılmış ancak bu çözüm kolun ulaşabileceği alanı sınırlandırıyor. Büyük servo ile kol ekseni arasına daha fazla boşluk eklemem veya daha küçük bir kapatma sistemi yapmam gerekiyor.
• Kutular düz çalışma masası kenarı boyuncadır, eğer onu yarım daire kenarına koyarsam, kutu eklemek ve birçok bileşen türünü sıralamak için çok daha fazla alanım olurdu.
• Şimdi blob algılama filtresi parçaları sıralamak için yeterli ancak kutu sayısını artırmak istediğim için seçiciliği artırmam gerekecek. Bu sebeple farklı tanıma yöntemleri deneyeceğim.
• Artık kullandığım servo motorlar, yarım disk çalışma masasının tamamına ulaşmak için yeterli menzile sahip değil. Farklı kasnaklar arasındaki servoları veya azaltma faktörünü değiştirmem gerekiyor.
• Bazı sorunlar oldukça sık meydana gelir, bu nedenle güvenilirliği artırmak önceliktir. Bunun için sorun türlerini sınıflandırmam ve daha olası olana odaklanmam gerekiyor. U şeklindeki demiri ve otomatik algılama merkezi algoritmasını kapatan küçük tahta parçasıyla zaten yaptığım şey buydu, ancak şimdi sorunların çözülmesi daha karmaşık hale geldi.
• Kontrolör ve elektronik devre için bir PCB yapın.
• Bağımsız bir istasyona sahip olmak için kodu Raspberry pi'ye taşıyın

Organizasyon Yarışmasında İkincilik Ödülü