Mesin Sortir Sekrup: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Suatu hari di lab (FabLab Moscow), saya melihat rekan saya sibuk menyortir sekotak penuh sekrup, mur, cincin, dan perangkat keras lainnya. Berhenti di sampingnya, saya melihat sejenak dan berkata: "Ini akan menjadi pekerjaan yang sempurna untuk sebuah mesin." Setelah melihat sekilas di google, saya melihat bahwa sistem mekanis yang berbeda sudah ada tetapi mereka tidak dapat menyelesaikan masalah kami karena di dalam kotak kami terdapat berbagai macam suku cadang. Melakukan sesuatu yang murni mekanis akan sangat rumit. Alasan bagus lainnya untuk menggunakan sistem yang lebih "robot" adalah karena ini akan membutuhkan semua bidang teknis yang saya sukai: visi mesin, lengan robot, dan aktuator elektromekanis!

Mesin ini mengambil sekrup dan menempatkannya di kotak yang berbeda. Ini terdiri dari lengan robot yang menangani elektromagnet, meja kerja tembus cahaya di atas lampu dan kamera di atas. Setelah menyebarkan beberapa sekrup dan mur di meja kerja, lampu dinyalakan dan gambar diambil. Sebuah algoritma mendeteksi bentuk bagian dan mengembalikan posisinya. Akhirnya lengan dengan elektromagnet menempatkan bagian satu per satu di kotak yang diinginkan.

Proyek ini masih dalam pengembangan tetapi sekarang saya mendapatkan hasil yang layak yang ingin saya bagikan dengan Anda.

Langkah 1: Alat dan Bahan

Peralatan

• Pemotong laser
• Penggiling sudut
• Gergaji besi
• Obeng
• Klem (semakin banyak semakin baik)
• Pistol lem panas

Bahan

• Kayu lapis 3mm (1 m2)
• Kayu lapis 6mm (300 x 200 mm)
• Plastik transparan putih 4mm (500 x 250 mm)
• Komputer (saya mencoba pindah ke raspberry pi)
• Webcam (Logitech HD T20p, siapa pun harus bekerja)
• Arduino dengan 4 output PWM / analogWrite (tiga servo dan kumparan elektromagnet) (saya menggunakan ProTrinket 5V)
• Papan prototipe
• Kawat elektronik (2m)
• Transistor switching (transistor apa saja yang dapat menggerakkan koil 2W) (Saya punya S8050)
• Dioda (Schottky lebih baik)
• 2 resistor (100Ω, 330Ω)
• Catu daya 5V, 2A
• Servo mikro (lebar 13 panjang 29 mm)
• 2 servo standar (lebar 20 panjang 38 mm)
• Lem kayu
• 4 sudut logam dengan sekrup (opsional)
• Batang kayu (30 x 20 x 2400)
• Lem panas
• Kawat tembaga diemail (diameter 0,2, 0,3 mm, 5m) (trafo lama?)
• Besi lunak (16 x 25 x4 mm)
• 3 bola lampu dengan soket
• Strip konektor (230V, 6 elemen)
• Kabel listrik dengan soket (230V) (2 m)
• Bantalan 625ZZ (diameter dalam 5mm, diameter luar 16 mm, tinggi 5mm)
• Bantalan 608ZZ (diameter dalam 8mm, diameter luar 22 mm, tinggi 7mm)
• Bantalan rb-lyn-317 (diameter dalam 3mm, diameter luar 8 mm, tinggi 4mm)
• Timing belt GT2 (pitch 2mm, lebar 6mm, 650 mm)
• Sekrup M5 x 35
• Sekrup M8 x 40
• 8 sekrup M3 x 15
• 4 sekrup M4 x 60
• 6 sekrup kayu 2 x 8 mm
• Sekrup M3 x 10
• Modul papan relai (dapat dikontrol langsung oleh pengontrol)

Langkah 2: Buat Kotak Cahaya

Kotak lampu memiliki empat bagian utama dan beberapa kawat gigi. Unduh bagian-bagian ini dan rekatkan bersama-sama kecuali plastik transparan. Saya mulai dengan setengah cakram kayu dan dinding melengkung. Anda perlu mengencangkan dinding di sekitar disk selama pengeringan. Saya menggunakan klem untuk mengamankan setengah cakram dan dasar dinding melengkung. Kemudian beberapa pita mempertahankan dinding di sekitar setengah cakram. Kedua, saya merekatkan pelek untuk menahan meja kerja yang tembus cahaya. Terakhir, dinding datar ditambahkan dengan tepi kanan kayu (dalam) dan logam (luar).

Setelah kotak selesai, Anda hanya perlu menambahkan bola lampu dan menghubungkan kabel dan soket dengan strip konektor. Potong kabel 230V di tempat yang nyaman bagi Anda dan masukkan modul relai. Saya memasukkan relai (230V!) ke dalam kotak kayu untuk alasan keamanan.

Langkah 3: Buat Lengan Robot

Unduh bagian-bagiannya dan potong. Untuk mengamankan sabuk pada servomotor saya menggunakan potongan penjepit kertas. Saya memaku dua sabuk bagian pada servomotor dan menambahkan beberapa lem untuk memastikan tidak ada yang bergerak.

Untuk panduan vertikal linier, plunger harus diampelas untuk menghindari penyumbatan. Itu harus meluncur dengan lancar. Setelah dirakit, ketinggian dapat disesuaikan dengan memotong pemandu pada panjang yang diinginkan. Namun, simpan selama mungkin untuk mencegah penguncian yang terlalu di tengah. Plunger hanya terpaku pada kotak lengan.

Bantalan tertutup di dalam katrol. Satu katrol terbuat dari dua lapis kayu lapis. Kedua lapisan ini tidak harus saling bersentuhan, jadi alih-alih menempelkannya, rekatkan ke pelat lengan masing-masing. Pelat lengan atas dan bawah dipertahankan oleh empat sekrup dan mur M3 x 15. Sumbu pertama (besar) hanyalah sekrup M8 x 40 dan yang kedua (kecil) adalah sekrup M5 x 35. Gunakan mur sebagai spacer dan loker untuk bagian lengan.

Langkah 4: Buat Elektromagnet

Elektromagnet hanyalah inti besi lunak dengan tembaga kawat berenamel di sekitarnya. Inti besi lunak memandu medan magnet di tempat yang diinginkan. Arus di kawat tembaga berenamel menciptakan medan magnet ini (sebanding). Juga semakin banyak belokan yang Anda buat, semakin banyak medan magnet yang Anda miliki. Saya merancang besi berbentuk U untuk memusatkan medan magnet di dekat sekrup yang tertangkap dan meningkatkan gaya prehension.

Potong bentuk U menjadi sepotong besi lunak (tinggi: 25mm, lebar: 15mm, penampang besi: 5 x 4mm). Sangat penting untuk menghilangkan ujung yang tajam sebelum melilitkan kawat di sekitar besi berbentuk U. Berhati-hatilah untuk menjaga arah lilitan yang sama (terutama ketika Anda melompat ke sisi lain, Anda perlu mengubah arah putaran dari sudut pandang Anda tetapi Anda menjaga arah yang sama dari sudut pandang besi berbentuk U)(https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Sebelum percabangan kumparan ke rangkaian, periksa hambatan kumparan dengan multimeter dan hitung arus dengan hukum Ohm (U=RI). Saya memiliki lebih dari 200 putaran pada koil saya. Saya menyarankan Anda untuk memutar sampai Anda hanya memiliki ruang 2 mm di dalam bentuk-U.

Dudukan kayu telah dibuat dan besi berbentuk U telah direkatkan dengan lem panas. Dua celah memungkinkan untuk mengamankan kawat di kedua ujungnya. Akhirnya dua pin dipaku pada dudukan kayu. Mereka membuat sambungan antara kawat tembaga berenamel dan kawat elektronik. Untuk mencegah kerusakan pada koil, saya menambahkan lapisan lem panas di sekeliling koil. Pada gambar terakhir Anda dapat mengamati bagian kayu yang menutup besi berbentuk U. Fungsinya untuk mencegah sekrup tersangkut di dalam besi berbentuk U.

Tembaga kawat berenamel telah diambil dari transformator yang rusak. Jika Anda melakukannya, periksa apakah kabel tidak putus atau tidak ada korsleting di bagian yang digunakan. Lepaskan pita pada inti feromagnetik. Dengan pemotong, lepaskan satu per satu semua irisan besi. Kemudian lepaskan selotip pada koil dan akhirnya lepaskan kawat tembaga berenamel. Gulungan sekunder (kumparan berdiameter besar) telah digunakan (input trafo 230V, output 5V-1A).

Langkah 5: Buat Sirkuit

Pada papan prototipe, saya membuat skema di atas. Transistor bipolar (S8050) telah digunakan untuk mengganti kumparan elektromagnet. Periksa apakah transistor Anda dapat menangani arus yang dihitung pada langkah sebelumnya. MOSFET mungkin lebih cocok dalam situasi ini, tetapi saya mengambil apa yang saya miliki (dan saya menginginkan resistansi rendah). Sesuaikan kedua resistor dengan transistor Anda.

Dalam skema di atas, ikon VCC dan GND terhubung ke + dan - catu daya saya. Servomotor memiliki tiga kabel: Sinyal, VCC, dan GND. Hanya kabel sinyal yang terhubung ke pengontrol, yang lain terhubung ke catu daya. Kontroler ini didukung oleh kabel programmer.

Langkah 6: Kode

Last but not least: Kode. Anda akan menemukannya di sini:

Ada satu program untuk pengontrol (tipe arduino) dan satu lagi yang berjalan di komputer (semoga segera di raspberry). Kode pada pengontrol bertanggung jawab untuk perencanaan lintasan dan yang ada di komputer membuat pemrosesan gambar dan mengirimkan posisi yang dihasilkan ke pengontrol. Pemrosesan gambar didasarkan pada OpenCV.

Program komputer

Program mengambil gambar dengan webcam dan lampu, mendeteksi pusat dan radius meja kerja yang tembus cahaya dan mengoreksi rotasi gambar akhirnya. Dari nilai-nilai tersebut, program menghitung posisi robot (Kita mengetahui posisi robot menurut plat). Program ini menggunakan fungsi pendeteksi gumpalan dari OpenCV untuk mendeteksi sekrup dan baut. Berbagai jenis gumpalan disaring dengan parameter yang tersedia (area, warna, sirkularitas, konveksitas, inersia) untuk memilih komponen yang diinginkan. Hasil dari pendeteksi blob adalah posisi (dalam piksel) dari blob yang dipilih. Kemudian suatu fungsi mengubah posisi piksel tersebut menjadi posisi milimeter dalam sistem koordinat lengan (ortogonal). Fungsi lain menghitung posisi yang diperlukan dari setiap sambungan lengan agar elektromagnet berada pada posisi yang diinginkan. Hasilnya terdiri dari tiga sudut yang akhirnya dikirim ke controller.

Program pengontrol

Program ini menerima sudut bergabung dan menggerakkan bagian lengan untuk mencapai sudut ini. Ini pertama-tama menghitung kecepatan tertinggi setiap gabungan untuk melakukan gerakan selama interval waktu yang sama. Kemudian memeriksa apakah kecepatan tertinggi ini pernah tercapai, dalam hal ini gerakan akan mengikuti tiga fase: akselerasi, kecepatan konstan, dan perlambatan. Jika kecepatan tertinggi tidak tercapai, gerakan hanya akan mengikuti dua fase: akselerasi dan deselerasi. Momen-momen yang harus dilaluinya dari satu fase ke fase lainnya juga dihitung. Akhirnya langkah tersebut dieksekusi: Pada interval reguler, sudut aktual baru dihitung dan dikirim. Jika sudah waktunya untuk lolos ke fase nest, maka eksekusi dilanjutkan ke fase berikutnya.

Langkah 7: Sentuhan Terakhir

Bingkai

Bingkai ditambahkan untuk memegang kamera. Saya memilih untuk membuatnya dengan kayu karena murah, mudah dikerjakan, mudah ditemukan, ramah lingkungan, menyenangkan untuk dibentuk dan tetap dalam gaya yang saya mulai. Lakukan tes gambar dengan kamera untuk memutuskan ketinggian apa yang dibutuhkan. Juga pastikan untuk membuatnya kaku dan tetap karena saya perhatikan bahwa posisi yang dihasilkan sangat sensitif terhadap gerakan kamera apa pun (setidaknya sebelum saya menambahkan fungsi deteksi otomatis meja kerja). Kamera harus ditempatkan di tengah meja kerja dan, dalam kasus saya, 520 mm dari permukaan putih transparan.

Kotak-kotak

Seperti yang Anda lihat pada gambar, kotak penyimpanan bergerak berada di bagian datar dari meja kerja. Anda dapat membuat kotak sebanyak yang diperlukan tetapi dengan pengaturan saya yang sebenarnya, ruangnya sangat terbatas. Namun demikian saya memiliki ide untuk meningkatkan poin ini (lih. perbaikan di masa depan).

Perbaikan masa depan

• Untuk saat ini timing belt ditutup dengan bagian kayu tetapi solusi ini membatasi area yang dapat dijangkau oleh lengan. Saya perlu menambahkan lebih banyak ruang antara servo besar dan sumbu lengan atau membuat sistem penutup yang lebih kecil.
• Kotak berada di sepanjang tepi meja kerja yang rata, jika saya meletakkannya di sepanjang tepi setengah lingkaran, saya akan memiliki lebih banyak ruang untuk menambahkan kotak dan mengurutkan banyak jenis komponen.
• Sekarang filter deteksi gumpalan sudah cukup untuk menyortir bagian tetapi karena saya ingin menambah jumlah kotak, saya perlu meningkatkan selektivitas. Untuk alasan ini, saya akan mencoba metode pengenalan yang berbeda.
• Sekarang servomotor yang saya gunakan tidak memiliki jangkauan yang cukup untuk menjangkau semua meja kerja setengah cakram. Saya perlu mengubah servos atau mengubah faktor reduksi antara puli yang berbeda.
• Beberapa masalah cukup sering terjadi sehingga meningkatkan keandalan adalah prioritas. Untuk itu saya perlu mengklasifikasikan jenis masalah dan berkonsentrasi pada yang lebih mungkin. Ini sudah saya lakukan dengan potongan kayu kecil yang menutup besi berbentuk U dan algoritma pusat deteksi otomatis tetapi sekarang masalahnya menjadi lebih rumit untuk dipecahkan.
• Buatlah PCB untuk pengontrol dan rangkaian elektroniknya.
• Migrasikan kode ke Raspberry pi untuk memiliki stasiun yang berdiri sendiri

Hadiah Kedua dalam Kontes Organisasi