آلة فرز المسمار: 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

ذات يوم في المختبر (FabLab Moscow) ، رأيت زميلي مشغولًا بفرز صندوق كامل من البراغي والصواميل والخواتم وغيرها من الأجهزة. توقفت بجانبه ، راقبت لثانية وقلت: "ستكون وظيفة مثالية لآلة". بعد إلقاء نظرة سريعة على Google ، رأيت أن هناك أنظمة ميكانيكية بارعة مختلفة موجودة بالفعل لكنها لا تستطيع حل مشكلتنا لأن صندوقنا يحتوي على مجموعة متنوعة من الأجزاء. سيكون القيام بشيء ميكانيكي بحت أمرًا معقدًا للغاية. السبب الجيد الآخر للذهاب إلى نظام أكثر "آليًا" هو أن هذا سيتطلب جميع المجالات التقنية التي أحبها: الرؤية الآلية ، والأذرع الروبوتية والمحركات الكهروميكانيكية!

تقوم هذه الآلة باختيار البراغي ووضعها في صناديق مختلفة. يتكون من ذراع آلية تتعامل مع مغناطيس كهربائي وطاولة عمل شفافة فوق الأضواء وكاميرا في الأعلى. بعد وضع بعض البراغي والصواميل على طاولة العمل ، تضاء الأضواء ويتم التقاط صورة. تكتشف الخوارزمية أشكال الأجزاء وترجع مواقعها. أخيرًا ، يضع الذراع المزود بمغناطيس كهربائي الأجزاء واحدة تلو الأخرى في الصناديق المرغوبة.

لا يزال هذا المشروع قيد التطوير ولكني الآن أحصل على نتائج جيدة أريد مشاركتها معك.

الخطوة 1: الأدوات والمواد

أدوات

• قاطع ليزري
• زاوية طاحونة
• منشارا
• مفك براغي
• المشابك (كلما كان ذلك أفضل)
• مسدس الغراء الساخن

مادة

• خشب رقائقي 3 مم (1 م 2)
• خشب رقائقي 6 مم (300 × 200 مم)
• بلاستيك شفاف أبيض 4 مم (500 × 250 مم)
• الكمبيوتر (أحاول الانتقال إلى Raspberry Pi)
• كاميرا الويب (Logitech HD T20p ، يجب على أي شخص العمل)
• Arduino مع إخراج 4 PWM / كتابة تمثيلية (ثلاثة أجهزة وملف مغناطيسي كهربائي) (أستخدم ProTrinket 5V)
• لوحة النماذج
• سلك الكتروني (2 متر)
• تبديل الترانزستور (أي ترانزستور يمكنه تشغيل ملف 2W) (لدي S8050)
• الصمام الثنائي (شوتكي أفضل)
• 2 مقاومات (100 درجة ، 330 درجة)
• مزود الطاقة 5 فولت ، 2 أمبير
• أجهزة مايكرو (عرض 13 طول 29 مم)
• 2 أجهزة قياسية (عرض 20 طول 38 مم)
• غراء الخشب
• 4 زوايا معدنية مع براغي (اختياري)
• قضيب خشبي (30 × 20 × 2400)
• الغراء الساخن
• سلك نحاسي مطلي بالمينا (0.2 ، قطر 0.3 مم ، 5 م) (محول قديم؟)
• حديد ناعم (16 × 25 × 4 مم)
• 3 لمبات بمقبس
• شريط الموصل (230 فولت ، 6 عناصر)
• سلك كهرباء بمقبس (230 فولت) (2 متر)
• تحمل 625ZZ (القطر الداخلي 5 مم ، القطر الخارجي 16 مم ، الارتفاع 5 مم)
• تحمل 608ZZ (القطر الداخلي 8 مم ، القطر الخارجي 22 مم ، الارتفاع 7 مم)
• تحمل rb-lyn-317 (القطر الداخلي 3 مم ، القطر الخارجي 8 مم ، الارتفاع 4 مم)
• حزام التوقيت GT2 (خطوة 2 مم ، عرض 6 مم ، 650 مم)
• برغي M5 x 35
• برغي M8 x 40
• 8 مسامير M3 x 15
• 4 مسامير M4 x 60
• 6 براغي خشب 2 × 8 مم
• برغي M3 × 10
• وحدة لوحة الترحيل (يمكن التحكم فيها مباشرة بواسطة جهاز التحكم)

الخطوة 2: اصنع الصندوق الخفيف

يحتوي الصندوق الخفيف على أربعة أجزاء رئيسية وبعض الأقواس. قم بتنزيل هذه الأجزاء ولصقها معًا باستثناء البلاستيك الشفاف. لقد بدأت مع نصف القرص الخشبي والجدار المنحني. تحتاج إلى إبقاء الجدار مشدودًا حول القرص أثناء التجفيف. لقد استخدمت المشابك لتأمين نصف القرص وأساس الجدار المنحني. ثم بعض الشريط يحافظ على الجدار حول نصف القرص. ثانيًا ، لقد قمت بلصق حافة لتحمل طاولة العمل الشفافة. أخيرًا ، يضاف الجدار المسطح بحواف خشبية (داخلية) ومعدنية (خارجية) على اليمين.

بمجرد اكتمال الصندوق ، عليك فقط إضافة المصابيح الكهربائية وتوصيل السلك والمقبس بشريط الموصل. اقطع السلك 230 فولت حيث يكون مناسبًا لك وأدخل وحدة الترحيل. أرفقت التتابع (230 فولت!) في صندوق خشبي لأسباب أمنية.

الخطوة 3: اصنع ذراع الروبوت

قم بتنزيل الأجزاء وقطعها. لتأمين الحزام على المحرك المؤازر ، استخدمت قطعًا من مشابك الورق. لقد قمت بتثبيت أحزمة جزأين على المحرك المؤازر وأضفت بعض الغراء للتأكد من عدم تحرك أي شيء.

بالنسبة للتوجيه الرأسي الخطي ، يجب صنفرة المكبس لتجنب أي انسداد. يجب أن تنزلق بسلاسة. بمجرد التجميع ، يمكن تعديل الارتفاع عن طريق قطع التوجيه بالطول المطلوب. ومع ذلك ، احتفظ بها لأطول فترة ممكنة لمنع القفل الزائد. يتم لصق المكبس ببساطة على صندوق الذراع.

يتم وضع المحامل داخل البكرات. بكرة واحدة مصنوعة من طبقتين من الخشب الرقائقي. هاتان الطبقتان لا تلامسان بعضهما البعض بالضرورة ، لذا بدلاً من لصقهما معًا ، قم بلصقهما على لوحة الذراع الخاصة بهما. يتم الاحتفاظ بلوحات الذراع العلوية والسفلية بواسطة أربعة براغي وصواميل M3 x 15. المحور الأول (الكبير) هو ببساطة المسمار M8 x 40 والثاني (صغير) المسمار M5 x 35. استخدم المكسرات كفواصل وخزائن لأجزاء الذراع.

الخطوة 4: اصنع المغناطيس الكهربائي

المغناطيس الكهربائي هو ببساطة قلب حديدي ناعم مع مكبس سلك مطلي بالمينا حوله. يوجه قلب الحديد الناعم المجال المغناطيسي إلى المكان المطلوب. يخلق التيار في الناسخة السلكية المطلية بالمينا هذا المجال المغناطيسي (متناسب). وكلما زاد عدد الأدوار ، زاد المجال المغناطيسي لديك. لقد صممت مكواة على شكل حرف U لتركيز المجال المغناطيسي بالقرب من المسامير الملولبة وزيادة قوة الشد المسبق.

قطع شكل U إلى قطعة من الحديد الناعم (الارتفاع: 25 مم ، العرض: 15 مم ، المقطع العرضي للحديد: 5 × 4 مم). من المهم جدًا إزالة الحواف الحادة قبل لف السلك حول الحديد على شكل حرف U. كن حذرًا في الحفاظ على نفس اتجاه اللف (خاصة عند القفز إلى الجانب الآخر ، فأنت بحاجة إلى تغيير اتجاه الدوران من وجهة نظرك ولكنك تحافظ على نفس الاتجاه من وجهة نظر الحديد على شكل حرف U) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) قبل تفريع الملف إلى الدائرة ، تحقق من مقاومة الملف بمقياس متعدد واحسب التيار باستخدام قانون أوم (U = RI). لدي أكثر من 200 لفة على ملفي. أقترح عليك الرياح حتى يكون لديك مساحة 2 مم فقط داخل شكل U.

تم صنع حامل خشبي وتم تأمين المكواة على شكل حرف U بالغراء الساخن. يوجد شقان يسمحان بتأمين السلك على كلا الطرفين. أخيرًا تم تثبيت دبابيس على الحامل الخشبي. إنهم يصنعون التقاطع بين سلك النحاس المطلي بالمينا والسلك الإلكتروني. لمنع أي تلف للملف ، أضفت طبقة من الغراء الساخن حول الملف. في الصورة الأخيرة ، يمكنك ملاحظة جزء خشبي يغلق المكواة على شكل حرف U. وتتمثل وظيفتها في منع أي براغي من أن تعلق داخل المكواة على شكل حرف U.

تم أخذ الناسخة السلكية المطلية بالمينا من محول مكسور. إذا قمت بذلك ، فتحقق من عدم كسر السلك أو عدم وجود دوائر قصر في الجزء المستخدم. قم بإزالة الشريط الموجود على القلب المغنطيسي. باستخدام القاطع ، افصل جميع شرائح الحديد واحدة تلو الأخرى. ثم قم بإزالة الشريط الموجود على الملف وأخيرًا فك السلك المطلي بالمينا. تم استخدام الملف الثانوي (الملف ذو القطر الكبير) (إدخال محول 230 فولت ، خرج 5 فولت -1 أمبير).

الخطوة 5: اصنع الدائرة

على لوحة النماذج الأولية ، قمت ببناء المخطط أعلاه. تم استخدام ترانزستور ثنائي القطب (S8050) لتبديل ملف المغناطيس الكهربائي. تأكد من أن الترانزستور الخاص بك يمكنه التعامل مع التيار المحسوب في الخطوة السابقة. ربما تكون MOSFET أكثر ملاءمة في هذه الحالة لكنني أخذت ما لدي (وأردت مقاومة منخفضة). اضبط المقاومين على الترانزستور.

في المخطط أعلاه ، يتم توصيل رمز VCC و GND بمزود الطاقة الخاص بي + و-. تحتوي المحركات المؤازرة على ثلاثة أسلاك: الإشارة و VCC و GND. فقط سلك الإشارة متصل بوحدة التحكم ، والآخرون متصلون بمصدر الطاقة. يتم تشغيل وحدة التحكم بواسطة كابل المبرمج.

الخطوة 6: الكود

أخيرًا وليس آخرًا: الكود. ستجده هنا:

يوجد برنامج واحد لوحدة التحكم (نوع اردوينو) وآخر يعمل على الكمبيوتر (نأمل قريبًا على التوت). الكود الموجود على وحدة التحكم مسؤول عن تخطيط المسار ويقوم الرمز الموجود على الكمبيوتر بمعالجة الصورة ويرسل الموضع الناتج إلى وحدة التحكم. تعتمد معالجة الصور على OpenCV.

برنامج الكمبيوتر

يأخذ البرنامج صورة بكاميرا الويب والأضواء ، ويكشف مركز طاولة العمل نصف الشفافة ونصف قطرها ويصحح دوران الصورة النهائي. من هذه القيم ، يقوم البرنامج بحساب موضع الروبوت (نعرف موقع الروبوت وفقًا للوحة). يستخدم البرنامج وظيفة blob detector الخاصة بـ OpenCV للكشف عن المسامير والبراغي. يتم تصفية الأنواع المختلفة من النقط باستخدام المعلمات المتاحة (المنطقة ، واللون ، والدائرية ، والتحدب ، والقصور الذاتي) من أجل تحديد المكون المطلوب. نتيجة مكتشف النقطة هي موضع النقط المحددة (بالبكسل). ثم تقوم إحدى الوظائف بتحويل مواضع البكسل هذه إلى مواضع مليمترية في نظام إحداثيات الذراع (متعامد). تقوم وظيفة أخرى بحساب الموضع المطلوب لكل وصلة ذراع من أجل الحصول على المغناطيس الكهربائي في الموضع المطلوب. تتكون النتيجة من ثلاث زوايا يتم إرسالها أخيرًا إلى وحدة التحكم.

برنامج وحدة التحكم

يستقبل هذا البرنامج زوايا الوصل ويحرك أجزاء الذراع للوصول إلى هذه الزوايا. يقوم أولاً بحساب السرعة القصوى لكل صلة من أجل أداء الحركة خلال نفس الفترة الزمنية. ثم يتحقق من الوصول إلى هذه السرعات القصوى ، وفي هذه الحالة ستتبع الحركة ثلاث مراحل: التسارع والسرعة الثابتة والتباطؤ. إذا لم يتم الوصول إلى السرعة القصوى ، فإن الحركة ستتبع مرحلتين فقط: التسارع والتباطؤ. يتم أيضًا حساب اللحظات التي يجب أن تنتقل فيها من مرحلة إلى أخرى. أخيرًا ، يتم تنفيذ الحركة: على فترات منتظمة ، يتم حساب الزوايا الفعلية الجديدة وإرسالها. إذا حان الوقت للانتقال إلى مرحلة العش ، فسيستمر التنفيذ إلى المرحلة التالية.

الخطوة 7: اللمسات الأخيرة

الاطار

تمت إضافة إطار لحمل الكاميرا. اخترت أن أصنعه من الخشب لأنه رخيص الثمن ، وسهل العمل به ، ويسهل العثور عليه ، وصديق للبيئة ، ولطيف التشكيل ويظل على النمط الذي بدأت به. قم بإجراء اختبار للصورة بالكاميرا لتحديد الارتفاع المطلوب. تأكد أيضًا من جعله جامدًا وثابتًا لأنني لاحظت أن الموضع الناتج حساس جدًا لأي تحركات للكاميرا (على الأقل قبل أن أضيف وظيفة الاكتشاف التلقائي لطاولة العمل). يجب وضع الكاميرا في مركز طاولة العمل ، وفي حالتي ، على بُعد 520 مم من السطح الأبيض الشفاف.

الصناديق

كما ترى في الصورة ، توجد صناديق التخزين المتحركة في الجزء المسطح من طاولة العمل. يمكنك عمل العديد من الصناديق حسب الحاجة ولكن مع الإعداد الفعلي ، تكون المساحة محدودة للغاية. ومع ذلك ، لدي أفكار لتحسين هذه النقطة (راجع التحسينات المستقبلية).

التحسينات المستقبلية

• في الوقت الحالي ، يتم إغلاق حزام التوقيت بجزء خشبي ولكن هذا الحل يحد من المنطقة التي يمكن للذراع الوصول إليها. أحتاج إلى إضافة مساحة أكبر بين المؤازرة الكبيرة ومحور الذراع أو إنشاء نظام إغلاق أصغر.
• الصناديق على طول حافة طاولة العمل المسطحة ، إذا وضعتها على طول حافة نصف دائرة ، سيكون لدي مساحة أكبر لإضافة مربعات وفرز العديد من أنواع المكونات.
• الآن ، يعد عامل تصفية اكتشاف النقطة كافيًا لفرز الأجزاء ، لكن بما أنني أريد زيادة عدد المربعات ، سأحتاج إلى زيادة الانتقائية. لهذا السبب ، سأحاول طرق مختلفة للتعرف.
• الآن لا تملك المحركات المؤازرة التي أستخدمها نطاقًا كافيًا للوصول إلى كل منضدة عمل نصف القرص. أحتاج إلى تغيير الماكينات أو تغيير عامل التخفيض بين البكرات المختلفة.
• تحدث بعض المشكلات في كثير من الأحيان ، لذا فإن تحسين الموثوقية هو الأولوية. لذلك أحتاج إلى تصنيف نوع المشكلات والتركيز على الأرجح. هذا ما فعلته بالفعل بقطعة الخشب الصغيرة التي تغلق الحديد على شكل حرف U وخوارزمية مركز الكشف التلقائي ولكن الآن أصبحت المشكلات أكثر تعقيدًا في الحل.
• اصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لجهاز التحكم والدائرة الإلكترونية.
• قم بترحيل الكود إلى Raspberry pi للحصول على محطة قائمة بذاتها

الجائزة الثانية في مسابقة التنظيم