Vida Sıralama Maşını: 7 Adım (Şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bir gün laboratoriyada (FabLab Moskva), iş yoldaşımın vintlər, qoz -fındıq, üzüklər və digər aparatlardan ibarət tam bir qutu ayırmaqla məşğul olduğunu gördüm. Onun yanında dayanıb bir saniyə gözlədim və dedim: "Bir maşın üçün mükəmməl bir iş olardı". Google -a qısa bir nəzər saldıqdan sonra gördüm ki, fərqli ağıllı mexaniki sistemlər artıq mövcuddur, lakin problemimizi həll edə bilməyiblər, çünki qutumuzda çoxlu hissələr var. Tamamilə mexaniki bir şey etmək olduqca çətin olardı. Daha "robot" sistemə keçməyin digər yaxşı səbəbi, sevdiyim bütün texniki sahələri tələb etməsi idi: maşın görmə, robot qolları və elektromexaniki aktuatorlar!

Bu maşın vintləri götürür və müxtəlif qutulara yerləşdirir. Bir elektromaqnit idarə edən bir robot qolu, işıqların üstündəki şəffaf bir iş masası və yuxarıdakı bir kameradan ibarətdir. İş masasına bəzi vintlər və qoz -fındıq yaydıqdan sonra işıqlar yandırılır və şəkil çəkilir. Bir alqoritm, hissənin formalarını algılar və mövqelərini qaytarır. Nəhayət, elektromaqnit olan qol hissələri bir -bir istədiyiniz qutulara yerləşdirir.

Bu layihə hələ də inkişafdadır, amma indi sizinlə bölüşmək istədiyim layiqli nəticələr əldə edirəm.

Addım 1: Alətlər və Material

Alətlər

• Lazer kəsici
• Bucaq dəyirmanı
• Testere
• Tornavida
• Qısqaclar (nə qədər çox olsa, bir o qədər yaxşıdır)
• İsti yapışqan silahı

Material

• Kontrplak 3 mm (1 m2)
• Kontrplak 6 mm (300 x 200 mm)
• Ağ şəffaf plastik 4 mm (500 x 250 mm)
• Kompüter (moruq pi -yə keçməyə çalışıram)
• Veb kamera (Logitech HD T20p, hər kəs işləməlidir)
• 4 PWM çıxışı / analogWrite (üç servo və elektromaqnit bobini) olan Arduino (ProTrinket 5V istifadə edirəm)
• Prototip lövhəsi
• Elektron tel (2 m)
• Transistor keçid (2W bobini idarə edə bilən hər hansı bir tranzistor) (S8050 -ə sahibəm)
• Diod (Schottky daha yaxşıdır)
• 2 rezistor (100Ω, 330Ω)
• Enerji təchizatı 5V, 2A
• Servo mikro (eni 13 uzunluq 29 mm)
• 2 servo standart (eni 20 uzunluq 38 mm)
• Taxta yapışqan
• Vintləri olan 4 metal künc (isteğe bağlı)
• Taxta çubuq (30 x 20 x 2400)
• İsti yapışqan
• Emaye mis tel (0,2, 0,3 mm diametri, 5m) (köhnə transformator?)
• Yumşaq dəmir (16 x 25 x 4 mm)
• Soketli 3 ampul
• Bağlayıcı zolağı (230V, 6 element)
• Soketli elektrik naqili (230V) (2 m)
• Rulman 625ZZ (daxili diametri 5 mm, xarici diametri 16 mm, hündürlüyü 5 mm)
• Rulman 608ZZ (daxili diametri 8 mm, xarici diametri 22 mm, hündürlüyü 7 mm)
• Rb-lyn-317 yatağı (daxili diametri 3 mm, xarici diametri 8 mm, hündürlüyü 4 mm)
• Zamanlama kəməri GT2 (2 mm aralıq, 6 mm genişlik, 650 mm)
• Vida M5 x 35
• Vida M8 x 40
• 8 vida M3 x 15
• 4 vida M4 x 60
• 6 ədəd ağac vintləri 2 x 8 mm
• Vida M3 x 10
• Röle kartı modulu (birbaşa nəzarətçi tərəfindən idarə olunur)

Addım 2: İşıq qutusunu düzəldin

İşıq qutusu dörd əsas hissədən və bəzi aşırmalardan ibarətdir. Bu hissələri yükləyin və şəffaf plastik istisna olmaqla bir -birinə yapışdırın. Taxta yarım diskdən və əyri divardan başladım. Qurutma zamanı diskin ətrafında divarı möhkəm tutmalısınız. Yarım diski və əyri divar əsasını təmin etmək üçün sıxaclardan istifadə etdim. Sonra bir az lent yarı diskin ətrafındakı divarı saxlayır. İkincisi, şəffaf iş masasına tab gətirmək üçün bir halqa yapışdırdım. Nəhayət, düz divar taxta (içəridə) və metal (kənarda) sağ kənarları ilə əlavə olunur.

Qutu tamamlandıqda, yalnız ampulləri əlavə etməli və tel və yuvanı bağlayıcı zolaqla bağlamalısınız. 230V teli sizin üçün əlverişli olan yerdə kəsin və röle modulunu daxil edin. Röleyi (230V!) Təhlükəsizlik səbəbiylə taxta bir qutuya bağladım.

Addım 3: Robot Kolunu düzəldin

Parçaları yükləyin və kəsin. Kəməri servomotora bərkitmək üçün qəlpə parçaları istifadə etdim. İki hissəli kəməri servomotora bağladım və heç bir şeyin hərəkət etmədiyinə əmin olmaq üçün bir az yapışqan əlavə etdim.

Xətti şaquli istiqamətləndirmə üçün hər hansı bir tıxanmanın qarşısını almaq üçün piston zımpara edilməlidir. Hamar bir şəkildə sürüşməlidir. Montaj edildikdən sonra, hündürlüyü istədiyiniz uzunluqdakı təlimatı kəsərək tənzimləmək olar. Ancaq mərkəzdən artıq kilidin qarşısını almaq üçün mümkün qədər uzun müddət saxlayın. Piston sadəcə qol qutusuna yapışdırılır.

Rulmanlar kasnaqlar içərisindədir. Bir kasnak iki qat kontrplakdan hazırlanır. Bu iki təbəqə mütləq bir -birinə toxunmur, buna görə də onları bir -birinə yapışdırmaq əvəzinə müvafiq qol boşqabına yapışdırın. Üst və aşağı qol lövhələri dörd M3 x 15 vida və qoz -fındıq ilə təmin edilir. Birinci ox (böyük) sadəcə M8 x 40 vida, ikincisi (kiçik) M5 x 35 vintdir. Fındıqları qol hissələri üçün boşluq və dolab kimi istifadə edin.

Addım 4: Elektromaqnit düzəldin

Bir elektromaqnit, ətrafında emaye tel kopçası olan yumşaq bir dəmir nüvəsidir. Yumşaq dəmir nüvəsi maqnit sahəsini istədiyiniz yerə yönəldir. Emaye tel maşınındakı cərəyan bu maqnit sahəsini yaradır (mütənasibdir). Həm də nə qədər çox dönüş etsəniz, o qədər çox maqnit sahəsinə sahibsiniz. Tutulan vintlərin yaxınlığındakı maqnit sahəsini cəmləşdirmək və tutma gücünü artırmaq üçün U şəkilli bir dəmir hazırladım.

U şəklini yumşaq bir dəmir parçasına kəsin (hündürlüyü: 25 mm, eni: 15 mm, dəmir kəsiyi: 5 x 4 mm). Telin U şəkilli dəmirin ətrafına sarılmasından əvvəl iti kənarları çıxarmaq çox vacibdir. Eyni dolama istiqamətini qorumaq üçün diqqətli olun (xüsusən digər tərəfə atladığınız zaman, fırlanma istiqamətini öz nöqteyi-nəzərinizdən dəyişdirməlisiniz, ancaq eyni istiqaməti U şəkilli dəmir baxımından saxlayırsınız) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Bobini dövrə budaqlamadan əvvəl, bir multimetrlə bobin müqavimətini yoxlayın və Ohm qanunu ilə cərəyanı hesablayın (U = RI). Bobinimdə 200 -dən çox döngəm var. U şəklində yalnız 2 mm boşluq qalana qədər külək etməyi məsləhət görürəm.

Taxta bir tutacaq hazırlandı və U şəkilli dəmir isti yapışqan ilə bərkidildi. İki yarıq telin hər iki ucunu bağlamağa imkan verir. Nəhayət taxta tutacağa iki sancaq mismarlanır. Emaye edilmiş tel və elektron tel arasındakı qovşağı düzəldirlər. Bobin zədələnməməsi üçün bobinin ətrafına bir qat isti yapışqan əlavə etdim. Son şəkildə, U şəkilli dəmiri bağlayan taxta bir hissəni görə bilərsiniz. Onun funksiyası, hər hansı bir vintin U-şəkilli dəmirin içərisinə yapışmasının qarşısını almaqdır.

Emaye məftil maşını qırıq bir transformatordan götürülmüşdür. Bunu etsəniz, telin qırılmadığını və ya istifadə olunan hissədə qısa dövrə olmadığını yoxlayın. Ferromaqnit nüvəsindəki lenti çıxarın. Bir kəsici ilə bütün dəmir dilimlərini bir -bir ayırın. Sonra bobindəki lenti çıxarın və nəhayət emal edilmiş tel kəmərini açın. İkinci dərəcəli sarım (böyük diametrli bobin) istifadə edilmişdir (transformator girişi 230V, çıxış 5V-1A).

Addım 5: Dövrə edin

Prototip lövhəsində yuxarıdakı sxemi qurdum. Elektromaqnit bobini dəyişdirmək üçün bipolyar tranzistor (S8050) istifadə edilmişdir. Transistorunuzun əvvəlki addımda hesablanmış cərəyanı idarə edə biləcəyini yoxlayın. Bu vəziyyətdə bir MOSFET daha uyğundur, amma əlimdə olanı götürdüm (və aşağı müqavimət istədim). İki rezistoru tranzistorunuza uyğunlaşdırın.

Yuxarıdakı sxematik olaraq, VCC və GND işarəsi + və - enerji təchizatıma bağlıdır. Servomotorların üç teli var: Siqnal, VCC və GND. Nəzarətçiyə yalnız siqnal teli, digərləri isə enerji təchizatına bağlıdır. Nəzarətçi proqramçı kabeli ilə təchiz edilmişdir.

Addım 6: Kod

Ən son deyil: Kod. Burada tapa bilərsiniz:

Nəzarətçi üçün bir proqram (arduino növü) və kompüterdə işləyən başqa bir proqram var (inşallah tezliklə moruqda). Nəzarətçidəki kod, traektoriya planlaşdırmasından məsuldur və kompüterdəki şəkil işlənməsini həyata keçirir və nəticədə ortaya çıxan vəziyyəti nəzarətçiyə göndərir. Şəkil emalı OpenCV -ə əsaslanır.

Kompüter proqramı

Proqram, veb kamerası və işıqları ilə bir şəkil çəkir, şəffaf iş masasının mərkəzini və radiusunu algılar və son görüntü fırlanmasını düzəldir. Bu dəyərlərdən proqram robotun mövqeyini hesablayır (Biz robotun mövqeyini lövhəyə görə bilirik). Proqram, vintləri və boltları aşkar etmək üçün OpenCV -nin blob detector funksiyasından istifadə edir. İstənilən komponenti seçmək üçün müxtəlif növ lövhələr mövcud parametrlərlə (sahə, rəng, dairəvi, qabarıqlıq, ətalət) süzülür. Blob detektorunun nəticəsi seçilmiş blobların mövqeyidir (piksellərlə). Sonra bir funksiya bu piksel mövqelərini qol koordinat sistemində (ortogonal) millimetr mövqelərinə çevirir. Başqa bir funksiya, elektromaqnitin istənilən mövqedə olması üçün hər qolun birləşməsinin lazımlı mövqeyini hesablayır. Nəticə nəhayət nəzarətçiyə göndərilən üç açıdan ibarətdir.

Nəzarətçi proqramı

Bu proqram birləşmə açılarını alır və qol hissələrini bu açılara çatmaq üçün hərəkət etdirir. Əvvəlcə eyni vaxt aralığında hərəkəti həyata keçirmək üçün hər bir birləşmənin ən yüksək sürətini hesablayır. Daha sonra bu ən yüksək sürətlərə çatıb -çatmadığını yoxlayır, bu halda hərəkət üç mərhələni əhatə edəcək: sürətlənmə, sabit sürət və yavaşlama. Maksimum sürət əldə edilmədikdə, hərəkət yalnız iki mərhələni əhatə edəcək: sürətləndirmə və yavaşlama. Bir mərhələdən digərinə keçməli olduğu anlar da hesablanır. Nəhayət hərəkət icra olunur: Müntəzəm olaraq yeni həqiqi açılar hesablanır və göndərilir. Yuva mərhələsinə keçməyin vaxtıdırsa, icra növbəti mərhələyə davam edir.

Addım 7: Son toxunuşlar

Çərçivə

Kameranı tutmaq üçün bir çərçivə əlavə edildi. Ağacdan hazırlamağı seçdim, çünki ucuzdur, işləmək asandır, asanlıqla tapılır, ekoloji cəhətdən təmizdir, forması xoşdur və başladığım üslubda qalır. Hansı yüksəkliyə ehtiyac olduğuna qərar vermək üçün kamera ilə bir şəkil testi edin. Nəticədə əldə edilən mövqenin hər hansı bir kamera hərəkətinə çox həssas olduğunu (ən azından iş masasının avtomatik aşkarlama funksiyasını əlavə etməzdən əvvəl) gördüyüm üçün onu möhkəm və sabit etdiyinizə əmin olun. Kamera iş masasının mərkəzində və mənim vəziyyətimdə şəffaf ağ səthdən 520 mm məsafədə yerləşməlidir.

Qutular

Şəkildə gördüyünüz kimi, daşınan saxlama qutuları iş masasının düz hissəsindədir. Lazım olduğu qədər çox qutu hazırlaya bilərsiniz, amma əsl quruluşumla yer olduqca məhduddur. Buna baxmayaraq, bu nöqtəni yaxşılaşdırmaq üçün fikirlərim var (bax: gələcək inkişaflar).

Gələcək Təkmilləşdirmələr

• Vaxt kəməri taxta bir hissə ilə bağlanır, ancaq bu həll qolun çata biləcəyi sahəni məhdudlaşdırır. Böyük servo ilə qol oxu arasında daha çox yer əlavə etməliyəm və ya daha kiçik bir bağlama sistemi etməliyəm.
• Qutular düz iş masası kənarındadır, yarım dairənin kənarına qoysam, qutu əlavə etmək və bir çox komponent növünü sıralamaq üçün daha çox yerim olardı.
• İndi hissələri çeşidləmək üçün blob aşkarlama filtri kifayətdir, amma qutuların sayını artırmaq istədiyim üçün seçiciliyin artmasına ehtiyacım olacaq. Bu səbəbdən fərqli tanıma üsullarını sınayacağam.
• İndi istifadə etdiyim servo motorların yarısı diskli iş masasına çatmaq üçün kifayət qədər diapazonu yoxdur. Servoları dəyişdirməliyəm və ya fərqli kasnaklar arasındakı azalma faktorunu dəyişdirməliyəm.
• Bəzi problemlər olduqca tez -tez baş verir, buna görə etibarlılığı artırmaq prioritetdir. Bunun üçün problemlərin növünü təsnif etməli və daha çox ehtimala diqqət yetirməliyəm. U şəkilli dəmiri və avtomatik algılama mərkəzi alqoritmini bağlayan kiçik bir ağac parçası ilə etdiyim şey budur, amma indi məsələlərin həlli daha da çətinləşir.
• Nəzarətçi və elektron dövrə üçün bir PCB hazırlayın.
• Tək başına bir stansiyaya sahib olmaq üçün kodu Raspberry pi -yə köçürün

Təşkilat Yarışmasında İkinci Mükafat