ხრახნიანი დახარისხების მანქანა: 7 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ერთ დღეს ლაბორატორიაში (FabLab Moscow) ვნახე ჩემი კოლეგა დაკავებული ხრახნების, კაკლების, ბეჭდების და სხვა ტექნიკის სრული ყუთის დახარისხებით. მის გვერდით გავჩერდი, წამით ვუყურე და ვუთხარი: "ეს იქნებოდა სრულყოფილი სამუშაო მანქანაზე". Google– ში სწრაფი დათვალიერების შემდეგ დავინახე, რომ უკვე არსებობდა სხვადასხვა გენიალური მექანიკური სისტემა, მაგრამ მათ ვერ გადაჭრეს ჩვენი პრობლემა, რადგან ჩვენს ყუთში არის ნაწილების ფართო არჩევანი. რაღაც მექანიკურად გაკეთება საკმაოდ გაართულებს. სხვა "რობოტულ" სისტემაზე გადასვლის სხვა კარგი მიზეზი იყო ის, რომ ეს მოითხოვს ყველა იმ ტექნიკურ სფეროს, რომელიც მე მიყვარს: მანქანების ხედვა, რობოტული იარაღი და ელექტრომექანიკური გამტარებლები!

ეს მანქანა ირჩევს ხრახნებს და ათავსებს მათ სხვადასხვა ყუთებში. იგი შედგება რობოტული მხრისგან, რომელიც მართავს ელექტრომაგნიტს, გამჭვირვალე სამუშაო მაგიდას შუქზე და კამერა თავზე. მას შემდეგ, რაც სამუშაო მაგიდაზე რამდენიმე ხრახნი და კაკალი გაშალეთ, განათება ირთვება და გადაღებულია სურათი. ალგორითმი ამოიცნობს ნაწილის ფორმებს და უბრუნებს მათ პოზიციებს. დაბოლოს, ელექტრომაგნიტით მკლავი ათავსებს ნაწილებს სათითაოდ სასურველ ყუთებში.

ეს პროექტი ჯერ კიდევ დამუშავების პროცესშია, მაგრამ ახლა მე მივიღე ღირსეული შედეგები, რომელიც მინდა გაგიზიაროთ.

ნაბიჯი 1: ინსტრუმენტები და მასალა

ინსტრუმენტები

• ლაზერული საჭრელი
• კუთხის საფქვავი
• Hacksaw
• Screwdriver
• დამჭერები (რაც მეტი მით უკეთესი)
• ცხელი წებოს იარაღი

მასალა

• პლაივუდი 3 მმ (1 მ 2)
• პლაივუდი 6 მმ (300 x 200 მმ)
• თეთრი გამჭვირვალე პლასტიკური 4 მმ (500 x 250 მმ)
• კომპიუტერი (ვცდილობ ჟოლოს პიზე გადავიდე)
• ვებკამერა (Logitech HD T20p, ნებისმიერმა ადამიანმა უნდა იმუშაოს)
• Arduino 4 PWM გამომავალი / ანალოგი
• პროტოტიპის დაფა
• ელექტრონული მავთული (2 მ)
• გადართვის ტრანზისტორი (ნებისმიერი ტრანზისტორი, რომელსაც შეუძლია 2W კოჭის მართვა) (მე მაქვს S8050)
• დიოდი (შოთკი უკეთესია)
• 2 რეზისტორი (100Ω, 330Ω)
• კვების ბლოკი 5V, 2A
• სერვო მიკრო (სიგანე 13 სიგრძე 29 მმ)
• სტანდარტული 2 servos (სიგანე 20 სიგრძე 38 მმ)
• ხის წებო
• 4 მეტალის კუთხე ხრახნებით (სურვილისამებრ)
• ხის ჯოხი (30 x 20 x 2400)
• ცხელი წებო
• მინანქარი სპილენძის მავთულები (0.2, 0.3 მმ დიამეტრი, 5 მ) (ძველი ტრანსფორმატორი?)
• რბილი რკინა (16 x 25 x4 მმ)
• 3 ნათურა სოკეტით
• კონექტორის ზოლი (230V, 6 ელემენტი)
• ელექტრო მავთული სოკეტით (230V) (2 მ)
• ტარების 625ZZ (შიდა დიამეტრი 5 მმ, გარე დიამეტრი 16 მმ, სიმაღლე 5 მმ)
• ტარების 608ZZ (შიდა დიამეტრი 8 მმ, გარე დიამეტრი 22 მმ, სიმაღლე 7 მმ)
• ტარების rb-lyn-317 (შიდა დიამეტრი 3 მმ, გარე დიამეტრი 8 მმ, სიმაღლე 4 მმ)
• დროის ქამარი GT2 (2 მმ სიმაღლე, 6 მმ სიგანე, 650 მმ)
• ხრახნი M5 x 35
• ხრახნი M8 x 40
• 8 ხრახნი M3 x 15
• 4 ხრახნი M4 x 60
• 6 ხის ხრახნი 2 x 8 მმ
• ხრახნი M3 x 10
• სარელეო დაფის მოდული (უშუალოდ კონტროლირებადი კონტროლერის მიერ)

ნაბიჯი 2: გააკეთეთ მსუბუქი ყუთი

მსუბუქი ყუთს აქვს ოთხი ძირითადი ნაწილი და რამდენიმე ბრეკეტი. გადმოწერეთ ეს ნაწილები და შეაერთეთ ისინი გარდა გამჭვირვალე პლასტმასისა. დავიწყე ხის ნახევარი დისკით და მოხრილი კედლით. გაშრობის დროს თქვენ უნდა შეინარჩუნოთ კედელი გამკაცრებული დისკის გარშემო. მე ვიყენებ დამჭერებს ნახევარი დისკის და მოსახვევი კედლის საყრდენის დასაფიქსირებლად. შემდეგ ზოგიერთი ფირზე ინახება კედელი ნახევარი დისკის გარშემო. მეორე, მე დავაკარი რგოლი, რომ გაუძლო გამჭვირვალე სამუშაო მაგიდას. საბოლოოდ ბრტყელ კედელს ემატება ხის (შიგნით) და მეტალის (გარე) მარჯვენა კიდეები.

ყუთის დასრულების შემდეგ, თქვენ უბრალოდ უნდა დაამატოთ ნათურები და დააკავშიროთ მავთული და ბუდე კონექტორის ზოლთან. გათიშეთ 230V მავთული იქ, სადაც თქვენთვის მოსახერხებელია და ჩადეთ სარელეო მოდული. უსაფრთხოების მიზეზების გამო რელე (230V!) ჩავასხი ხის ყუთში.

ნაბიჯი 3: შექმენით რობოტის მკლავი

გადმოწერეთ ნაწილები და გაჭერით. სერვომოტორზე ქამრის დასაფიქსირებლად გამოვიყენე ქაღალდის სამაგრები. სერვომოტორზე დავამაგრე ორი ნაწილის ქამარი და დავამატე წებო, რომ დარწმუნებული ვიყო, რომ არაფერი მოძრაობს.

წრფივი ვერტიკალური ხელმძღვანელობისთვის, დგუში უნდა იყოს ქვიშაში, რათა თავიდან აიცილოთ ნებისმიერი დაბლოკვა. ის შეუფერხებლად უნდა გადახვიდეს. შეკრების შემდეგ, სიმაღლე შეიძლება მორგებული იყოს სასურველ სიგრძეზე ხელმძღვანელობის მოჭრით. თუმცა, შეინახეთ რაც შეიძლება დიდხანს, რათა თავიდან აიცილოთ ცენტრალურ ჩაკეტვა. დგუში უბრალოდ მიმაგრებულია მკლავის ყუთში.

საკისრები მოთავსებულია პულებში. ერთი რულეტი დამზადებულია პლაივუდის ორი ფენისგან. ეს ორი ფენა სულაც არ ეხება ერთმანეთს, ასე რომ, ერთმანეთთან მიბმის ნაცვლად, მიამაგრეთ ისინი შესაბამის ხელის ფირფიტაზე. ზედა და ქვედა მკლავის ფირფიტები შენარჩუნებულია ოთხი M3 x 15 ხრახნით და თხილით. პირველი ღერძი (დიდი) არის უბრალოდ M8 x 40 ხრახნი და მეორე (პატარა) M5 x 35 ხრახნი. გამოიყენეთ თხილი, როგორც გამყოფი და ჩამკეტი მკლავის ნაწილებისთვის.

ნაბიჯი 4: გააკეთეთ ელექტრომაგნიტი

ელექტრომაგნიტი არის რბილი რკინის ბირთვი, მის გარშემო ემალირებული მავთულის კოპერი. რბილი რკინის ბირთვი ხელმძღვანელობს მაგნიტურ ველს სასურველ ადგილას. ემალირებული მავთულის კოპერში დენი ქმნის ამ მაგნიტურ ველს (ის პროპორციულია). ასევე რაც უფრო მეტ ბრუნს აკეთებთ მით მეტი მაგნიტური ველი გაქვთ. მე შევქმენი U- ფორმის რკინა, რომ მაგნიტური ველი კონცენტრირებულიყო დაჭერილ ხრახნებთან ახლოს და გაზარდოს შეგრძნების ძალა.

გაჭერით U- ფორმის რბილი რკინის ნაჭერი (სიმაღლე: 25 მმ, სიგანე: 15 მმ, რკინის განივი: 5 x 4 მმ). ძალიან მნიშვნელოვანია მკვეთრი კიდეების ამოღება U- ფორმის რკინის გარშემო მავთულის დახვევამდე. ფრთხილად იყავით, რომ შეინარჩუნოთ გრაგნილის იგივე მიმართულება (განსაკუთრებით მეორე მხარეს გადახტომისას, თქვენ უნდა შეცვალოთ ბრუნვის მიმართულება თქვენი თვალსაზრისით, მაგრამ შეინარჩუნოთ იგივე მიმართულება U- ფორმის რკინის თვალსაზრისით) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) სანამ კოჭს წრეში განშტოებთ, შეამოწმეთ კოჭის წინააღმდეგობა მულტიმეტრით და გამოთვალეთ დენი ომის კანონით (U = RI). 200 -ზე მეტი ბრუნვა მაქვს ჩემს კოჭაზე. მე გირჩევთ ქარიშხალი იქამდე, სანამ არ გაქვთ მხოლოდ 2 მმ სივრცე U ფორმის შიგნით.

ხის დამჭერი გაკეთდა და U- ფორმის რკინა უზრუნველყოფილია ცხელი წებოთი. ორი ნაჭერი საშუალებას იძლევა უზრუნველყოს მავთულის ორივე ბოლო. საბოლოოდ ორი ქინძისთავი მიმაგრებულია ხის საყრდენზე. ისინი ქმნიან შეერთებას ემალირებულ კუპერის მავთულსა და ელექტრონულ მავთულს შორის. კოჭის ნებისმიერი დაზიანების თავიდან ასაცილებლად, მე დავამატე ცხელი წებოს ფენა მთელ კოჭაზე. ბოლო სურათზე შეგიძლიათ დააკვირდეთ ხის ნაწილს, რომელიც ხურავს U ფორმის რკინას. მისი ფუნქციაა ხელი შეუშალოს ნებისმიერი ხრახნის მოხვედრას U- ფორმის რკინის შიგნით.

ემალირებული მავთულის კოპერი აღებულია გატეხილი ტრანსფორმატორისგან. თუ ასე მოიქცევით, შეამოწმეთ რომ მავთული არ არის გატეხილი ან არ აქვს მოკლე ჩართვა გამოყენებულ ნაწილში. ამოიღეთ ფირზე ფერომაგნიტურ ბირთვზე. საჭრელით, სათითაოდ მოაშორეთ რკინის ყველა ნაჭერი. შემდეგ ამოიღეთ ფირზე გრაგნილი და საბოლოოდ განიტვირთეთ ემალირებული მავთულის კუპერი. გამოყენებულია მეორადი გრაგნილი (დიდი დიამეტრის კოჭა) (ტრანსფორმატორის შეყვანა 230V, გამომავალი 5V-1A).

ნაბიჯი 5: გააკეთეთ წრე

პროტოტიპების დაფაზე, მე ავაშენე სქემა ზემოთ. ბიპოლარული ტრანზისტორი (S8050) გამოყენებულია ელექტრომაგნიტური კოჭის გადართვისთვის. დარწმუნდით, რომ თქვენს ტრანზისტორს შეუძლია გაუმკლავდეს მიმდინარე ნაბიჯს, რომელიც გამოითვლება წინა საფეხურზე. MOSFET ალბათ უფრო შესაფერისია ამ სიტუაციაში, მაგრამ მე ავიღე ის, რაც ხელთ მქონდა (და მინდოდა დაბალი წინააღმდეგობა). შეცვალეთ ორი რეზისტორი თქვენს ტრანზისტორზე.

ზემოთ მოყვანილ სქემაში VCC და GND ხატი დაკავშირებულია + და - ჩემი კვების ბლოკთან. სერვომოტორებს აქვთ სამი მავთული: სიგნალი, VCC და GND. მხოლოდ სიგნალის მავთული არის დაკავშირებული კონტროლერთან, დანარჩენი დაკავშირებულია კვების ბლოკთან. კონტროლერი იკვებება პროგრამისტის კაბელით.

ნაბიჯი 6: კოდი

ბოლო, მაგრამ არანაკლებ მნიშვნელოვანი: კოდი. თქვენ ნახავთ აქ:

არსებობს ერთი პროგრამა კონტროლერისთვის (არდუინოს ტიპი) და მეორე, რომელიც მუშაობს კომპიუტერზე (იმედია მალე ჟოლოზე). კოდი კონტროლერზე პასუხისმგებელია ტრაექტორიის დაგეგმვაზე და ის, რაც კომპიუტერზეა, ხდის სურათის დამუშავებას და შედეგს უგზავნის კონტროლერს. სურათის დამუშავება ემყარება OpenCV- ს.

კომპიუტერის პროგრამა

პროგრამა იღებს სურათს ვებკამერით და განათებით, ამოიცნობს გამჭვირვალე სამუშაო მაგიდის ცენტრს და რადიუსს და ასწორებს სურათის საბოლოო ბრუნვას. ამ ღირებულებებიდან პროგრამა ითვლის რობოტის პოზიციას (ჩვენ ვიცით რობოტის პოზიცია ფირფიტის მიხედვით). პროგრამა იყენებს OpenCV– ის ბლოკის დეტექტორის ფუნქციას ხრახნებისა და ჭანჭიკების გამოსავლენად. სხვადასხვა ტიპის ბუშტუკები გაფილტრულია არსებული პარამეტრებით (ფართობი, ფერი, წრიულობა, ამობურცულობა, ინერცია) სასურველი კომპონენტის შესარჩევად. ბლოკის დეტექტორის შედეგი არის არჩეული ბლოკების პოზიცია (პიქსელებში). შემდეგ ფუნქცია გარდაქმნის ამ პიქსელის პოზიციებს მილიმეტრის პოზიციებად მკლავის კოორდინატთა სისტემაში (ორთოგონალური). კიდევ ერთი ფუნქცია გამოთვლის თითოეული ხელის შეერთების საჭირო პოზიციას, რათა ელექტრომაგნიტი იყოს სასურველ პოზიციაზე. შედეგი შედგება სამი კუთხისგან, რომლებიც საბოლოოდ იგზავნება კონტროლერთან.

კონტროლერის პროგრამა

ეს პროგრამა იღებს შეერთების კუთხეებს და მოძრაობს მკლავის ნაწილებს ამ კუთხეების მისაღწევად. ის პირველად ითვლის თითოეული შეერთების მაქსიმალურ სიჩქარეს, რათა შეასრულოს მოძრაობა იმავე დროის ინტერვალში. შემდეგ ის ამოწმებს მიაღწევს თუ არა ამ მაქსიმალურ სიჩქარეს, ამ შემთხვევაში ნაბიჯი გადადის სამ ფაზად: აჩქარება, მუდმივი სიჩქარე და შენელება. თუ მაქსიმალური სიჩქარე არ იქნა მიღწეული, ნაბიჯი გადავა მხოლოდ ორ ფაზად: აჩქარება და შენელება. ასევე გამოითვლება მომენტები, როდესაც ის უნდა გადავიდეს ერთი ფაზიდან მეორეზე. საბოლოოდ ნაბიჯი შესრულებულია: რეგულარული ინტერვალებით, ახალი ფაქტობრივი კუთხეები გამოითვლება და იგზავნება. თუ დროა გადავიდეს ბუდის ფაზაზე, შესრულება გრძელდება შემდეგ ეტაპზე.

ნაბიჯი 7: საბოლოო შეხება

Ჩარჩო

დაემატა ჩარჩო კამერის შესანახად. მე შევარჩიე ხისგან დამზადება, რადგან ის იაფია, ადვილია მასთან მუშაობა, ადვილად მოსაძებნი, ეკოლოგიურად სუფთა, სასიამოვნო ფორმაში და რჩება იმ სტილში, საიდანაც დავიწყე. გააკეთეთ სურათის ტესტი კამერით, რომ გადაწყვიტოთ რა სიმაღლეა საჭირო. ასევე დარწმუნდით, რომ გახადეთ იგი მკაცრი და ფიქსირებული, რადგან შევამჩნიე, რომ მიღებული პოზიცია ძალიან მგრძნობიარეა ნებისმიერი კამერის მოძრაობის მიმართ (ყოველ შემთხვევაში, სანამ დავამატებ სამუშაო მაგიდის ავტომატური გამოვლენის ფუნქციას). კამერა უნდა იყოს განთავსებული სამუშაო მაგიდის ცენტრში და, ჩემს შემთხვევაში, გამჭვირვალე თეთრი ზედაპირიდან 520 მმ.

ყუთები

როგორც სურათზე ხედავთ, მოძრავი სათავსოები განთავსებულია სამუშაო მაგიდის ბრტყელ ნაწილზე. თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ იმდენი ყუთი, რამდენიც საჭიროა, მაგრამ ჩემი რეალური პარამეტრებით სივრცე საკმაოდ შეზღუდულია. მიუხედავად ამისა, მე მაქვს იდეები ამ საკითხის გასაუმჯობესებლად (შდრ. მომავალი გაუმჯობესებები).

მომავალი გაუმჯობესებები

• ამ დროისთვის დროის ქამარი დახურულია ხის ნაწილით, მაგრამ ეს ხსნარი ზღუდავს იმ ადგილს, რომლის მიღწევაც მკლავს შეუძლია. მე უნდა დავამატო მეტი სივრცე დიდ სერვოსა და მკლავის ღერძს შორის ან გავაკეთო პატარა დახურვის სისტემა.
• ყუთები არის ბრტყელი სამუშაო მაგიდის გასწვრივ, თუ დავდებ ნახევარ წრის კიდეზე, მე ბევრად მეტი ადგილი მექნება ყუთების დასამატებლად და მრავალი სახის კომპონენტის დასალაგებლად.
• ახლა ბლოკების გამოვლენის ფილტრი საკმარისია ნაწილების დასალაგებლად, მაგრამ რადგან მინდა ყუთების რაოდენობის გაზრდა, დამჭირდება სელექციურობის გაზრდა. ამ მიზეზით, მე შევეცდები აღიარების სხვადასხვა მეთოდს.
• სერვომოტორებს, რომლებსაც მე ვიყენებ, არ აქვთ საკმარისი დიაპაზონი, რათა მიაღწიონ ნახევარ დისკის სამუშაო მაგიდას. მე უნდა შევცვალო servos ან შეცვალოს შემცირების ფაქტორი სხვადასხვა pulleys.
• ზოგიერთი საკითხი საკმაოდ ხშირად გვხვდება, ამიტომ საიმედოობის ამაღლება პრიორიტეტულია. ამისათვის მე მჭირდება საკითხების კლასიფიკაცია და კონცენტრირება უფრო სავარაუდოზე. ეს არის ის, რაც მე გავაკეთე ხის პატარა ნაჭრით, რომელიც ხურავს U- ფორმის რკინას და ავტომატური გამოვლენის ცენტრის ალგორითმს, მაგრამ ახლა საკითხების გადაჭრა უფრო რთულდება.
• გააკეთეთ PCB კონტროლერისთვის და ელექტრონული წრისთვის.
• გადაიტანეთ კოდი Raspberry pi– ში, რომ გქონდეთ ცალკე სადგური

მეორე პრიზი ორგანიზაციის კონკურსში