Бұрандалы сұрыптау машинасы: 7 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Бір күні зертханада (FabLab Moscow) мен әріптесімнің бұрандалардың, жаңғақтардың, сақиналардың және басқа да жабдықтардың толық қорабын сұрыптап жатқанын көрдім. Оның қасына тоқтап, мен бір секунд қарап тұрдым да: «Бұл машина үшін тамаша жұмыс болар еді», - дедім. Google -ды жылдам қарағаннан кейін мен әртүрлі тапқыр механикалық жүйелер бұрыннан бар екенін көрдім, бірақ олар біздің мәселені шеше алмады, себебі біздің қорапта көптеген бөлшектер бар. Таза механикалық нәрсе жасау өте қиын болар еді. Неғұрлым «роботтық» жүйеге көшудің тағы бір жақсы себебі - бұл маған ұнайтын барлық техникалық салаларды қажет етеді: машинаны көру, роботтық қару мен электромеханикалық жетектер!

Бұл машина бұрандаларды таңдап, оларды әр түрлі қораптарға салады. Ол электромагнитті басқаратын робот қолынан, шамдардың үстіндегі мөлдір жұмыс үстелінен және үстіңгі жағында камерадан тұрады. Жұмыс үстеліне бірнеше бұрандалар мен гайкаларды жайғаннан кейін, шамдар қосылады және суретке түсіріледі. Алгоритм бөлшектердің пішінін анықтайды және олардың орнын қайтарады. Соңында электромагниті бар қол бөлшектерді бір -бірден қалаған қораптарға салады.

Бұл жоба әлі де дамуда, бірақ қазір мен сіздермен бөліскім келетін лайықты нәтижелерге қол жеткіздім.

1 -қадам: құралдар мен материалдар

Құралдар

• Лазерлік кескіш
• Бұрыш тартқыш
• Hacksaw
• Бұрауыш
• Қысқыштар (неғұрлым көп болса, соғұрлым жақсы)
• Ыстық желім қаруы

Материал

• 3 мм фанера (1 м2)
• 6 мм фанера (300 x 200 мм)
• Ақ мөлдір пластик 4мм (500х250 мм)
• Компьютер (мен таңқурайға көшуге тырысамын)
• Веб -камера (Logitech HD T20p, кез келген адам жұмыс істеуі керек)
• 4 PWM шығысы / analogWrite бар Arduino (үш серво мен электрмагниттік катушка) (мен ProTrinket 5V қолданамын)
• Прототип тақтасы
• Электронды сым (2м)
• Коммутациялық транзистор (2 Вт катушканы басқара алатын кез келген транзистор) (менде S8050 бар)
• Диод (Шоттки жақсы)
• 2 резистор (100Ω, 330Ω)
• Қуат көзі 5В, 2А
• Серво микро (ені 13 ұзындығы 29 мм)
• 2 стандартты серво (ені 20 ұзындығы 38 мм)
• Ағаш желімі
• Бұрандалары бар 4 металл бұрыш (міндетті емес)
• Ағаш штанга (30 x 20 x 2400)
• Ыстық желім
• Эмальданған мыс сым (диаметрі 0,2, 0,3 мм, 5м) (ескі трансформатор?)
• Жұмсақ темір (16 x 25 x4 мм)
• Розеткасы бар 3 шам
• Қосқыш жолағы (230В, 6 элемент)
• Розеткасы бар электр сымы (230В) (2 м)
• Мойынтірек 625ZZ (ішкі диаметрі 5 мм, сыртқы диаметрі 16 мм, биіктігі 5 мм)
• Мойынтірек 608ZZ (ішкі диаметрі 8 мм, сыртқы диаметрі 22 мм, биіктігі 7 мм)
• Rb-lyn-317 мойынтірегі (ішкі диаметрі 3 мм, сыртқы диаметрі 8 мм, биіктігі 4 мм)
• Уақыт белбеуі GT2 (қадамы 2 мм, ені 6 мм, 650 мм)
• Бұранда M5 x 35
• Бұранда M8 x 40
• 8 бұранда M3 x 15
• 4 бұранда M4 x 60
• 2 х 8 мм 6 ағаш бұранда
• Бұранда M3 x 10
• Реле тақтасының модулі (тікелей контроллер басқарады)

2 -қадам: Жарық қорабын жасаңыз

Жарық қорапшасы төрт негізгі бөліктен және кейбір жақшалардан тұрады. Бұл бөліктерді жүктеп алып, мөлдір пластиктен басқа оларды бір -біріне жабыстырыңыз. Мен ағаштан жасалған жартылай диск пен қисық қабырғадан бастадым. Кептіру кезінде дисктің айналасында қабырғаны қатайту керек. Мен жартылай диск пен қисық қабырға негізін бекіту үшін қысқыштарды қолдандым. Содан кейін жартылай дискінің айналасындағы қабырғаға бірнеше таспа қызмет етеді. Екіншіден, мен мөлдір жұмыс үстеліне төтеп беру үшін жиекті жапсырдым. Соңында тегіс қабырғаға ағаш (ішкі) және металл (сыртқы) оң жақ жиектері қосылады.

Қорап аяқталғаннан кейін сізге тек шамдарды қосу және сым мен розетканы қосқыш жолақпен қосу қажет. 230В сымды сізге ыңғайлы жерде кесіңіз және реле модулін салыңыз. Қауіпсіздік мақсатында релені (230В!) Ағаш қорапқа салып қойдым.

3 -қадам: робот қолын жасаңыз

Бөлшектерді жүктеп алыңыз және кесіңіз. Белдікті сервомоторға бекіту үшін мен қыстырғыштардың бөліктерін қолдандым. Мен екі бөлікті белбеуді моторға бекітіп, ештеңе қозғалмайтынына сенімді болу үшін желім қостым.

Сызықтық вертикальды бағыттау үшін поршеньді кез келген бітеліп қалмау үшін тегістеу керек. Ол тегіс сырғып кетуі керек. Жиналғаннан кейін биіктікті қажетті ұзындықтағы бағыттағышты кесу арқылы реттеуге болады. Дегенмен, орталық құлыпты болдырмау үшін оны мүмкіндігінше ұзақ ұстаңыз. Поршень жай ғана қол қорабына жабыстырылады.

Мойынтіректер шығырлардың ішіне бекітілген. Бір шкив фанераның екі қабатынан жасалған. Бұл екі қабат міндетті түрде бір -біріне тиіп кетпейді, сондықтан оларды бір -біріне жабыстырудың орнына, оларды тиісті табаққа жабыстырыңыз. Қолдың үстіңгі және астыңғы тақтайшалары төрт M3 x 15 бұранда мен гайкалармен ұсталады. Бірінші ось (үлкен) - бұл M8 x 40 бұрандасы, екіншісі (кіші) M5 x 35 бұранда. Қолтық бөлшектері үшін аралықтар мен шкафтар ретінде жаңғақтарды қолданыңыз.

4 -қадам: Электромагнитті жасаңыз

Электромагнит - бұл жұмсақ темір өзегі, оның айналасында эмальданған сым бар. Жұмсақ темір ядро магнит өрісін қажетті жерге бағыттайды. Эмальмен қапталған сымнан жасалған ток осы магнит өрісін жасайды (ол пропорционалды). Сонымен қатар, сіз неғұрлым көп айналсаңыз, соғұрлым магнит өрісі соғұрлым көп болады. Мен магнит өрісін бекітілген бұрандалардың жанында шоғырландыру және алдын алу күшін жоғарылату үшін U-тәрізді темір құрастырдым.

U-пішінін жұмсақ темірден кесіңіз (биіктігі: 25мм, ені: 15мм, темір қимасы: 5х4мм). Сым U-тәрізді темірдің айналасына орамас бұрын өткір жиектерді алып тастау өте маңызды. Бір бұрылыс бағытын сақтап қалу үшін абай болыңыз (әсіресе басқа жаққа секіргенде айналу бағытын сіздің көзқарасыңыз бойынша өзгертуіңіз керек, бірақ сіз U-тәрізді темір тұрғысынан сол бағытты сақтайсыз) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Катушканы тізбекке тармақтамас бұрын, мультиметрмен катушканың кедергісін тексеріп, Ом заңы бойынша токты есепте (U = RI). Менің катушкамда 200 -ден астам айналым бар. Сізге U-тәрізді пішінде 2 мм бос орын болмайынша жел соғуды ұсынамын.

Ағаш ұстағыш жасалып, U-тәрізді темір ыстық желіммен бекітілген. Екі саңылау сымды екі жағынан бекітуге мүмкіндік береді. Соңында ағаш ұстағышқа екі түйреуіш шегеленеді. Олар эмальмен қапталған сым мен электронды сым арасындағы түйісуді жасайды. Катушканың зақымдалуын болдырмау үшін мен катушканың айналасына ыстық желім қабатын қостым. Соңғы суретте U-тәрізді темірді жабатын ағаш бөлікті байқауға болады. Оның функциясы-бұрандалардың U-тәрізді темірдің ішіне тығылып қалуын болдырмау.

Эмальмен қапталған сымдық көшіргіш сынған трансформатордан алынды. Егер осылай жасасаңыз, сым үзілмегенін немесе пайдаланылған бөлігінде қысқа тұйықталу жоқтығын тексеріңіз. Ферромагниттік ядродағы таспаны алыңыз. Темір кесектерін кескішпен бір -бірлеп бөліп алыңыз. Содан кейін катушкадағы таспаны алып тастаңыз және ақырында эмальданған сымды босатыңыз. Екіншілік орама (үлкен диаметрлі катушка) қолданылды (трансформатордың кірісі 230В, шығысы 5В-1А).

5 -қадам: Схеманы жасаңыз

Прототиптік тақтада мен жоғарыдағы схеманы құрдым. Электромагниттік катушканы ауыстыру үшін биполярлы транзистор (S8050) қолданылды. Сіздің транзисторыңыз алдыңғы қадамда есептелген токты басқара алатынын тексеріңіз. Бұл жағдайда MOSFET қолайлы болуы мүмкін, бірақ мен қолымда бар нәрсені алдым (мен төмен қарсылықты алғым келді). Екі резисторды транзисторға реттеңіз.

Жоғарыдағы схемада VCC және GND белгісі менің қуат көзімнің + және - қосылады. Сервомоторларда үш сым бар: сигнал, VCC және GND. Тек сигналдық сым контроллерге қосылған, қалғандары қуат көзіне қосылған. Контроллер бағдарламашы кабелінен қуат алады.

6 -қадам: Кодекс

Соңғы, бірақ кем емес: код. Сіз оны мына жерден таба аласыз:

Контроллерге арналған бір бағдарлама бар (arduino түрі), екіншісі компьютерде жұмыс істейді (жақында таңқурайда болады деп үміттенемін). Контроллердегі код траекторияны жоспарлауға жауап береді, ал компьютердегі код кескінді өңдейді және алынған позицияны контроллерге жібереді. Кескінді өңдеу OpenCV -ге негізделген.

Компьютердің бағдарламасы

Бағдарлама веб -камерамен және шамдармен суретке түсіреді, мөлдір жұмыс үстелінің ортасы мен радиусын анықтайды және кескіннің айналуын түзетеді. Осы мәндерден бағдарлама роботтың орнын есептейді (Біз роботтың орнын тақтаға сәйкес білеміз). Бағдарлама бұрандалар мен болттарды анықтау үшін OpenCV -нің детекторлық функциясын қолданады. Қажетті компонентті таңдау үшін әр түрлі блоктар қол жетімді параметрлермен (аудан, түс, дөңгелек, дөңес, инерция) сүзіледі. Блок детекторының нәтижесі - таңдалған блоктардың орны (пиксельмен). Содан кейін функция осы пиксельдік позицияларды қол координаттар жүйесіндегі миллиметрлік позицияға айналдырады (ортогональ). Басқа функция электромагнитті қалаған күйде ұстау үшін әрбір тіреуіштің қажетті орнын есептейді. Нәтиже контроллерге жіберілетін үш бұрыштан тұрады.

Контроллер бағдарламасы

Бұл бағдарлама біріктіру бұрыштарын қабылдайды және қолдың бөліктерін осы бұрыштарға жету үшін жылжытады. Ол алдымен әр қосылыстың максималды жылдамдығын есептейді, сол уақыт аралығында қозғалысты орындау үшін. Содан кейін ол жоғары жылдамдықтарға қол жеткізілгенін тексереді, бұл жағдайда қозғалыс үш фазадан тұрады: үдеу, тұрақты жылдамдық және баяулау. Егер максималды жылдамдыққа жетпесе, онда қозғалыс тек екі фазадан тұрады: жеделдету мен баяулау. Ол бір фазадан екінші кезеңге өтуі тиіс сәттер де есептеледі. Соңында қозғалыс орындалады: тұрақты аралықта жаңа нақты бұрыштар есептеледі және жіберіледі. Егер ұя фазасына өту уақыты келсе, орындау келесі кезеңге жалғасады.

7 -қадам: Соңғы әсерлер

Рамка

Камераны ұстап тұру үшін жақтау қосылды. Мен оны ағаштан жасауды таңдадым, себебі ол арзан, жұмыс істеу оңай, табу оңай, экологиялық таза, пішіні жағымды және ол мен бастаған стильде қалады. Қандай биіктік қажет екенін анықтау үшін камерамен суретке тест жасаңыз. Сондай-ақ, оны қатаң және бекітілген етіп жасағаныңызға сенімді болыңыз, себебі мен алынған позиция камераның кез келген қозғалысына өте сезімтал екенін байқадым (жұмыс үстелінің автоматты түрде анықтау функциясын қосқанға дейін). Камера жұмыс үстелінің ортасында орналасуы керек және менің жағдайда мөлдір ақ беттен 520 мм қашықтықта орналасуы керек.

Қораптар

Суретте көріп тұрғандай, жылжымалы сақтау жәшіктері жұмыс үстелінің жазық бөлігінде орналасқан. Қажет болса, сіз қанша қорап жасай аласыз, бірақ менің нақты қондырғыммен орын өте шектеулі. Соған қарамастан менде бұл мәселені жақсартатын идеялар бар (болашақ жақсартуларды қараңыз).

Болашақ жақсартулар

• Қазіргі уақытта уақыт белдеуі ағаш бөлікпен жабылған, бірақ бұл шешім қол жететін аймақты шектейді. Маған үлкен серво мен біліктің осі арасында көбірек орын қосу керек немесе кішірек жабу жүйесін жасау керек.
• Қораптар жұмыс үстелінің тегіс жиегінде орналасқан, егер мен оны жарты шеңбердің шетіне қойсам, онда қораптарды қосуға және көптеген компоненттердің түрлерін сұрыптауға көбірек орын болар еді.
• Бөлшектерді сұрыптау үшін блоктарды анықтау сүзгісі жеткілікті, бірақ мен қораптардың санын көбейтуді қалаймын, маған селективтілікті арттыру қажет болады. Осы себепті мен әр түрлі тану әдістерін қолданамын.
• Енді мен қолданатын сервомоторларда дискінің жартылай жұмыс үстелінің барлығына жету үшін жеткілікті диапазон жоқ. Маған серваларды өзгерту немесе әр түрлі шығырлар арасындағы төмендету коэффициентін өзгерту қажет.
• Кейбір мәселелер жиі кездеседі, сондықтан сенімділікті жоғарылату бірінші кезекте. Ол үшін мен мәселелердің түрін жіктеп, ықтималдығына назар аударуым керек. Бұл U-тәрізді темір мен автоматты анықтау орталығының алгоритмін жабатын ағаштың кішкене бөлігімен жасадым, бірақ қазір мәселелерді шешу күрделене түсті.
• Контроллерге және электронды схемаға ПХД жасаңыз.
• Жалғыз станцияға ие болу үшін кодты Raspberry pi -ге көшіріңіз

Ұйымдастыру байқауының екінші жүлдесі