Mesin Urut Skru: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Suatu hari di makmal (FabLab Moscow), saya melihat rakan saya sibuk menyusun kotak penuh skru, kacang, cincin dan perkakasan lain. Berhenti di sebelahnya, saya memerhatikan sebentar dan berkata: "Ini akan menjadi pekerjaan yang sempurna untuk mesin." Setelah melihat dengan cepat di google, saya melihat bahawa sistem mekanikal pintar yang berbeza sudah ada tetapi mereka tidak dapat menyelesaikan masalah kami kerana di kotak kami terdapat pelbagai bahagian. Melakukan sesuatu yang murni mekanikal akan menjadi sangat rumit. Sebab lain yang baik untuk pergi ke sistem yang lebih "robotik" adalah kerana ini memerlukan semua bidang teknikal yang saya sukai: penglihatan mesin, lengan robot dan penggerak elektromekanik!

Mesin ini memilih skru dan meletakkannya di dalam kotak yang berbeza. Ia terdiri dari lengan robot yang mengendalikan elektromagnet, meja kerja lut sinar dan kamera di bahagian atas. Setelah menyebarkan beberapa skru dan mur pada meja kerja, lampu dihidupkan dan gambar diambil. Algoritma mengesan bentuk bahagian dan mengembalikan kedudukannya. Akhirnya lengan dengan elektromagnet meletakkan bahagian satu demi satu di kotak yang dikehendaki.

Projek ini masih dalam pembangunan tetapi sekarang saya memperoleh hasil yang baik yang ingin saya kongsikan kepada anda.

Langkah 1: Alat dan Bahan

Alat

• Pemotong laser
• Pengisar sudut
• Hacksaw
• Pemutar skru
• Pengapit (semakin baik semakin baik)
• Pistol gam panas

Bahan

• Papan lapis 3mm (1 m2)
• Papan lapis 6mm (300 x 200 mm)
• Plastik lut putih 4mm (500 x 250 mm)
• Komputer (saya cuba beralih ke raspberry pi)
• Webcam (Logitech HD T20p, sesiapa sahaja mesti bekerja)
• Arduino dengan output 4 PWM / analogWrite (tiga servos dan gegelung elektromagnet) (saya menggunakan ProTrinket 5V)
• Papan prototaip
• Kawat elektronik (2m)
• Menukar transistor (mana-mana transistor yang boleh mendorong gegelung 2W) (saya mempunyai S8050)
• Diode (Schottky lebih baik)
• 2 perintang (100Ω, 330Ω)
• Bekalan kuasa 5V, 2A
• Servo mikro (lebar 13 panjang 29 mm)
• 2 servos standard (lebar 20 panjang 38 mm)
• Gam kayu
• 4 sudut logam dengan skru (pilihan)
• Batang kayu (30 x 20 x 2400)
• Gam panas
• Kawat tembaga berlapis (0.2, 0.3 mm diameter, 5m) (pengubah lama?)
• Besi lembut (16 x 25 x4 mm)
• 3 mentol dengan soket
• Jalur penyambung (230V, 6 elemen)
• Kawat elektrik dengan soket (230V) (2 m)
• Bearing 625ZZ (diameter dalam 5mm, diameter luar 16 mm, tinggi 5mm)
• Bearing 608ZZ (diameter dalam 8mm, diameter luar 22 mm, tinggi 7mm)
• Bearing rb-lyn-317 (diameter dalam 3mm, diameter luar 8 mm, tinggi 4mm)
• Timing belt GT2 (nada 2mm, lebar 6mm, 650 mm)
• Skru M5 x 35
• Skru M8 x 40
• 8 skru M3 x 15
• 4 skru M4 x 60
• 6 skru kayu 2 x 8 mm
• Skru M3 x 10
• Modul papan geganti (dikendalikan secara langsung oleh pengawal)

Langkah 2: Buat Kotak Cahaya

Kotak cahaya mempunyai empat bahagian utama dan beberapa pendakap. Muat turun bahagian ini dan lekatkan bersama kecuali plastik lut. Saya mulakan dengan cakera separuh kayu dan dinding melengkung. Anda perlu mengetatkan dinding di sekitar cakera semasa pengeringan. Saya menggunakan pengapit untuk menahan separuh cakera dan dinding melengkung. Kemudian beberapa pita mengekalkan dinding di sekitar separuh cakera. Kedua, saya melekatkan pelek untuk menahan meja kerja lut. Akhirnya dinding rata ditambah dengan tepi kanan kayu (dalam) dan logam (luar).

Setelah kotak selesai, anda hanya perlu menambahkan bola lampu dan sambungkan wayar dan soket dengan jalur penyambung. Potong wayar 230V di tempat yang sesuai untuk anda dan masukkan modul geganti. Saya memasukkan relay (230V!) Di dalam kotak kayu untuk keselamatan.

Langkah 3: Buat Robot Arm

Muat turun bahagian dan potongnya. Untuk mengikat tali pinggang pada servomotor saya menggunakan kepingan klip kertas. Saya memaku kedua-dua tali pinggang bahagian pada servomotor dan menambahkan beberapa gam untuk memastikan bahawa tidak ada yang bergerak.

Untuk panduan menegak lurus, pelocok harus diampelas untuk mengelakkan penyumbatan. Ia mesti meluncur dengan lancar. Setelah dipasang, ketinggian dapat disesuaikan dengan memotong panduan pada panjang yang diinginkan. Walau bagaimanapun, simpan selama mungkin untuk mengelakkan kunci di bahagian tengah. Pelocok hanya dilekatkan pada kotak lengan.

Galas tertutup di dalam takal. Satu takal diperbuat daripada dua lapis papan lapis. Kedua-dua lapisan ini tidak semestinya saling bersentuhan, jadi bukannya melekatkannya bersama-sama, lekatkan pada plat lengan masing-masing. Plat lengan atas dan bawah dikendalikan oleh empat skru dan mur M3 x 15. Paksi pertama (besar) hanyalah skru M8 x 40 dan kedua (kecil) skru M5 x 35. Gunakan kacang sebagai spacer dan loker untuk bahagian lengan.

Langkah 4: Buat Elektromagnet

Elektromagnet hanyalah teras besi lembut dengan kawat enamel di sekelilingnya. Inti besi lembut memandu medan magnet di tempat yang dikehendaki. Arus di kawat berenamel membuat medan magnet ini (berkadar berkadar). Semakin banyak putaran anda, semakin banyak medan magnet yang anda ada. Saya merancang besi berbentuk U untuk memusatkan medan magnet di dekat skru yang tertangkap dan meningkatkan daya prehension.

Potong bentuk U menjadi kepingan besi lembut (tinggi: 25mm, lebar: 15mm, keratan rentas besi: 5 x 4mm). Sangat mustahak untuk menghilangkan tepi tajam sebelum menggulung wayar di sekitar besi berbentuk U. Hati-hati untuk menjaga arah belitan yang sama (terutamanya ketika anda melompat ke sisi lain, anda perlu mengubah arah putaran dari sudut pandangan anda tetapi anda tetap arah yang sama dari sudut besi berbentuk U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Sebelum mencabut gegelung ke litar, periksa rintangan gegelung dengan multimeter dan hitung arus dengan hukum Ohm (U = RI). Saya mempunyai lebih daripada 200 giliran gegelung saya. Saya cadangkan anda berliku sehingga anda mempunyai ruang hanya 2 mm di dalam bentuk U.

Pemegang kayu telah dibuat dan besi berbentuk U telah diikat dengan lem panas. Dua celah memungkinkan untuk mengikat wayar di kedua-dua hujungnya. Akhirnya dua pin dipaku pada pemegang kayu. Mereka membuat persimpangan antara wayar cooper enamel dan wayar elektronik. Untuk mengelakkan kerosakan gegelung, saya menambahkan lapisan gam panas di seluruh gegelung. Pada gambar terakhir anda dapat melihat bahagian kayu yang menutup besi berbentuk U. Fungsinya adalah untuk mengelakkan skru tersekat di dalam besi berbentuk U.

Kawat dawai berlapis telah diambil dari pengubah yang patah. Sekiranya anda melakukannya, periksa bahawa wayar tidak pecah atau tidak mempunyai litar pintas di bahagian yang digunakan. Tanggalkan pita pada teras feromagnetik. Dengan alat pemotong, lepaskan satu demi satu semua kepingan besi. Kemudian keluarkan pita pada gegelung dan akhirnya lepaskan kawat dawai enamel. Penggulungan sekunder (gegelung berdiameter besar) telah digunakan (input transformer 230V, output 5V-1A).

Langkah 5: Buat Litar

Di papan prototaip, saya membina skema di atas. Transistor bipolar (S8050) telah digunakan untuk menukar gegelung elektromagnet. Periksa bahawa transistor anda dapat menangani arus yang dikira pada langkah sebelumnya. MOSFET mungkin lebih sesuai dalam keadaan ini tetapi saya mengambil apa yang saya ada (dan saya mahukan daya tahan rendah). Laraskan dua perintang ke transistor anda.

Dalam skema di atas, ikon VCC dan GND disambungkan ke + dan - bekalan kuasa saya. Servomotor mempunyai tiga wayar: Signal, VCC dan GND. Hanya wayar isyarat yang disambungkan ke pengawal, yang lain disambungkan pada bekalan kuasa. Pengawal dikuasakan oleh kabel pengaturcara.

Langkah 6: Kodnya

Akhir sekali: Kodnya. Anda akan menemuinya di sini:

Terdapat satu program untuk pengawal (jenis arduino) dan satu lagi yang berjalan di komputer (semoga segera di raspberry). Kod pada pengawal bertanggungjawab untuk perancangan lintasan dan yang ada di komputer membuat pemprosesan gambar dan menghantar kedudukan yang dihasilkan ke pengawal. Pemprosesan gambar berdasarkan OpenCV.

Program komputer

Program ini mengambil gambar dengan kamera web dan lampu, mengesan pusat dan jejari meja kerja lut dan membetulkan putaran gambar akhirnya. Dari nilai-nilai ini, program mengira kedudukan robot (Kita tahu kedudukan robot mengikut plat). Program ini menggunakan fungsi detektor gumpalan OpenCV untuk mengesan skru dan baut. Jenis gumpalan yang berbeza disaring dengan parameter yang tersedia (luas, warna, bulatan, cembung, inersia) untuk memilih komponen yang diinginkan. Hasil pengesan gumpalan adalah kedudukan (dalam piksel) gumpalan yang dipilih. Kemudian fungsi mengubah kedudukan piksel ini menjadi kedudukan milimeter dalam sistem koordinat lengan (ortogonal). Fungsi lain mengira kedudukan yang diperlukan dari setiap lengan bergabung agar elektromagnet berada pada kedudukan yang diinginkan. Hasilnya terdiri dalam tiga sudut yang akhirnya dihantar ke pengawal.

Program pengawal

Program ini menerima sudut bergabung dan menggerakkan bahagian lengan untuk mencapai sudut ini. Mula-mula menghitung kelajuan tertinggi setiap gabung untuk melakukan pergerakan dalam selang waktu yang sama. Kemudian memeriksa apakah kelajuan tertinggi ini pernah dicapai, dalam hal ini langkah akan mengikuti tiga fasa: pecutan, kecepatan tetap dan perlambatan. Sekiranya kelajuan tertinggi tidak tercapai, langkah hanya akan mengikuti dua fasa: pecutan dan perlambatan. Momen di mana ia harus berlalu dari satu fasa ke fasa lain juga dihitung. Akhirnya langkah itu dilaksanakan: Pada selang waktu yang tetap, sudut sebenar yang baru dikira dan dihantar. Sekiranya sudah tiba masanya untuk melangkah ke fasa sarang, pelaksanaannya terus ke fasa berikutnya.

Langkah 7: Sentuhan Akhir

Rangkanya

Bingkai ditambahkan untuk memegang kamera. Saya memilih membuatnya dengan kayu kerana harganya murah, senang dikerjakan, senang dijumpai, mesra alam, senang dibentuk dan ia tetap mengikut gaya yang saya mulakan. Lakukan ujian gambar dengan kamera untuk menentukan ketinggian yang diperlukan. Juga pastikan untuk menjadikannya kaku dan tetap kerana saya perhatikan bahawa kedudukan yang dihasilkan sangat sensitif terhadap sebarang pergerakan kamera (sekurang-kurangnya sebelum saya menambahkan fungsi pengesanan automatik meja kerja). Kamera mesti terletak di pusat meja kerja dan, dalam kes saya, 520 mm dari permukaan putih lut.

Kotak-kotak itu

Seperti yang anda lihat dalam gambar, kotak penyimpanan boleh alih berada di bahagian rata meja kerja. Anda boleh membuat seberapa banyak kotak yang diperlukan tetapi dengan persediaan sebenar saya, ruangnya agak terhad. Walaupun begitu, saya mempunyai idea untuk memperbaiki perkara ini (rujuk peningkatan masa depan).

Penambahbaikan Masa Depan

• Buat masa ini tali pinggang ditutup dengan bahagian kayu tetapi penyelesaian ini menghadkan kawasan yang boleh dicapai oleh lengan. Saya perlu menambah lebih banyak ruang antara servo besar dan paksi lengan atau membuat sistem penutup yang lebih kecil.
• Kotak di sepanjang tepi meja kerja rata, jika saya meletakkannya di sepanjang tepi separuh bulatan, saya akan mempunyai lebih banyak ruang untuk menambah kotak dan menyusun banyak jenis komponen.
• Kini penapis pengesan gumpalan sudah cukup untuk menyusun bahagian tetapi kerana saya ingin menambah bilangan kotak, saya memerlukan peningkatan selektiviti. Atas sebab ini, saya akan mencuba kaedah pengecaman yang berbeza.
• Kini servomotor yang saya gunakan tidak mempunyai jarak yang cukup untuk mencapai semua meja kerja separuh cakera. Saya perlu menukar servo atau menukar faktor pengurangan antara takal yang berbeza.
• Beberapa masalah sering berlaku sehingga meningkatkan kebolehpercayaan adalah keutamaan. Untuk itu saya perlu mengklasifikasikan jenis masalah dan menumpukan perhatian kepada perkara yang lebih mungkin. Inilah yang saya lakukan dengan sekeping kayu kecil yang menutup besi berbentuk U dan algoritma pusat pengesanan automatik tetapi kini masalahnya menjadi lebih rumit untuk diselesaikan.
• Buat PCB untuk pengawal dan litar elektronik.
• Pindahkan kod ke Raspberry pi untuk mempunyai stesen yang berdiri sendiri

Hadiah Kedua dalam Pertandingan Organisasi