स्क्रू सॉर्टिंग मशीन: 7 चरण (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

एक दिन लैब (फैबलैब मॉस्को) में, मैंने अपने सहयोगी को स्क्रू, नट, रिंग और अन्य हार्डवेयर के एक पूरे बॉक्स को छांटने में व्यस्त देखा। उसके बगल में रुककर, मैंने एक सेकंड के लिए देखा और कहा: "यह एक मशीन के लिए एकदम सही काम होगा।" Google पर एक त्वरित नज़र के बाद मैंने देखा कि विभिन्न सरल यांत्रिक प्रणालियां पहले से मौजूद थीं लेकिन वे हमारी समस्या का समाधान नहीं कर सके क्योंकि हमारे बॉक्स में भागों की एक विस्तृत विविधता है। विशुद्ध रूप से यांत्रिक कुछ करना काफी जटिल होगा। अधिक "रोबोट" प्रणाली में जाने का दूसरा अच्छा कारण यह था कि इसके लिए मुझे उन सभी तकनीकी क्षेत्रों की आवश्यकता होगी जो मुझे पसंद हैं: मशीन दृष्टि, रोबोटिक हथियार और इलेक्ट्रोमैकेनिकल एक्ट्यूएटर!

यह मशीन स्क्रू को चुनती है और उन्हें अलग-अलग बॉक्स में रखती है। इसमें एक रोबोटिक आर्म होता है जो एक इलेक्ट्रोमैग्नेट, रोशनी के ऊपर एक पारभासी वर्कटेबल और शीर्ष पर एक कैमरा संभालता है। वर्कटेबल पर कुछ स्क्रू और नट फैलाने के बाद, रोशनी चालू की जाती है और एक तस्वीर ली जाती है। एक एल्गोरिथ्म भाग के आकार का पता लगाता है और उनकी स्थिति लौटाता है। अंत में इलेक्ट्रोमैग्नेट के साथ हाथ वांछित बक्से में एक-एक करके भागों को रखता है।

यह परियोजना अभी भी विकास में है लेकिन अब मुझे अच्छे परिणाम मिले हैं जो मैं आपके साथ साझा करना चाहता हूं।

चरण 1: उपकरण और सामग्री

उपकरण

• लेजर कटर
• कोना चक्की
• लोहा काटने की आरी
• पेंचकस
• क्लैंप (जितना अधिक बेहतर)
• गर्म गोंद वाली बंदूक

सामग्री

• प्लाईवुड 3 मिमी (1 एम 2)
• प्लाईवुड 6 मिमी (300 x 200 मिमी)
• सफेद पारभासी प्लास्टिक 4 मिमी (500 x 250 मिमी)
• कंप्यूटर (मैं रास्पबेरी पाई में जाने की कोशिश कर रहा हूं)
• वेब कैमरा (लॉजिटेक एचडी टी20पी, किसी को भी काम करना चाहिए)
• 4 PWM आउटपुट/एनालॉगवाइट (तीन सर्वो और इलेक्ट्रोमैग्नेट कॉइल) के साथ Arduino (मैं ProTrinket 5V का उपयोग करता हूं)
• प्रोटोटाइप बोर्ड
• इलेक्ट्रॉनिक तार (2 मी)
• स्विचिंग ट्रांजिस्टर (कोई भी ट्रांजिस्टर जो 2W कॉइल चला सकता है) (मेरे पास S8050 है)
• डायोड (Schottky बेहतर है)
• 2 प्रतिरोधक (100Ω, 330Ω)
• बिजली की आपूर्ति 5 वी, 2 ए
• सर्वो माइक्रो (चौड़ाई 13 लंबाई 29 मिमी)
• 2 सर्वो मानक (चौड़ाई 20 लंबाई 38 मिमी)
• लकड़ी की गोंद
• शिकंजा के साथ 4 धातु का कोना (वैकल्पिक)
• लकड़ी की छड़ (30 x 20 x 2400)
• गर्म गोंद
• तामचीनी तांबे के तार (0.2, 0.3 मिमी व्यास, 5 मीटर) (पुराना ट्रांसफार्मर?)
• नरम लोहा (16 x 25 x4 मिमी)
• सॉकेट के साथ 3 लाइट बल्ब
• कनेक्टर पट्टी (230V, 6 तत्व)
• सॉकेट के साथ बिजली के तार (230V) (2 मीटर)
• असर 625ZZ (व्यास 5 मिमी के अंदर, व्यास 16 मिमी के बाहर, ऊंचाई 5 मिमी)
• असर 608ZZ (व्यास 8 मिमी के अंदर, व्यास 22 मिमी के बाहर, ऊंचाई 7 मिमी)
• असर आरबी-लिन -317 (व्यास 3 मिमी के अंदर, व्यास 8 मिमी के बाहर, ऊंचाई 4 मिमी)
• टाइमिंग बेल्ट GT2 (2 मिमी पिच, 6 मिमी चौड़ा, 650 मिमी)
• पेंच M5 x 35
• पेंच M8 x 40
• 8 स्क्रू M3 x 15
• 4 स्क्रू M4 x 60
• 6 लकड़ी के पेंच 2 x 8 मिमी
• पेंच M3 x 10
• रिले बोर्ड मॉड्यूल (नियंत्रक द्वारा सीधे नियंत्रित)

चरण 2: लाइट बॉक्स बनाएं

लाइट बॉक्स में चार मुख्य भाग और कुछ ब्रेसिज़ होते हैं। इन भागों को डाउनलोड करें और पारदर्शी प्लास्टिक को छोड़कर उन्हें एक साथ चिपका दें। मैंने लकड़ी की आधी डिस्क और घुमावदार दीवार से शुरुआत की। सुखाने के दौरान आपको डिस्क के चारों ओर दीवार को कस कर रखना होगा। मैंने आधी डिस्क और घुमावदार दीवार के आधार को सुरक्षित करने के लिए क्लैंप का उपयोग किया। फिर कुछ टेप आधी डिस्क के आसपास की दीवार को बनाए रखते हैं। दूसरा, मैंने पारभासी कार्यबल का सामना करने के लिए एक रिम चिपकाया। अंत में समतल दीवार को लकड़ी (अंदर) और धातु (बाहर) दाहिने किनारों के साथ जोड़ा जाता है।

एक बार बॉक्स पूरा हो जाने के बाद, आपको बस लाइटबल्ब जोड़ने होंगे और तार और सॉकेट को कनेक्टर स्ट्रिप से जोड़ना होगा। 230V तार को काटें जहां यह आपके लिए सुविधाजनक हो और रिले मॉड्यूल डालें। मैंने सुरक्षा कारणों से रिले (230V!) को लकड़ी के बक्से में बंद कर दिया।

चरण 3: रोबोट आर्म बनाएं

भागों को डाउनलोड करें और उन्हें काट लें। सर्वोमोटर पर बेल्ट को सुरक्षित करने के लिए मैंने पेपरक्लिप्स के टुकड़ों का इस्तेमाल किया। मैंने सर्वोमोटर पर दो भाग बेल्टों को खींचा और यह सुनिश्चित करने के लिए कुछ गोंद जोड़ा कि कुछ भी नहीं चलता है।

रैखिक ऊर्ध्वाधर मार्गदर्शन के लिए, किसी भी रुकावट से बचने के लिए प्लंजर को रेत करना पड़ता है। इसे सुचारू रूप से स्लाइड करना होगा। एक बार इकट्ठे होने के बाद, वांछित लंबाई पर मार्गदर्शन को काटकर ऊंचाई को समायोजित किया जा सकता है। हालांकि, इसे ओवर-सेंटर लॉक को रोकने के लिए यथासंभव लंबे समय तक रखें। प्लंजर को केवल आर्म बॉक्स से चिपकाया जाता है।

बीयरिंग पुली के अंदर संलग्न हैं। एक चरखी प्लाईवुड की दो परतों से बनी होती है। जरूरी नहीं कि ये दोनों परतें एक-दूसरे को छू रही हों, इसलिए इन्हें आपस में चिपकाने के बजाय, इन्हें अपनी-अपनी बांह की प्लेट में चिपका दें। ऊपर और नीचे की बांह की प्लेटों को चार M3 x 15 स्क्रू और नट द्वारा बनाए रखा जाता है। पहला अक्ष (बड़ा वाला) केवल M8 x 40 स्क्रू और दूसरा (छोटा वाला) M5 x 35 स्क्रू है। हाथ के हिस्सों के लिए नट को स्पेसर और लॉकर के रूप में प्रयोग करें।

चरण 4: इलेक्ट्रोमैग्नेट बनाएं

एक इलेक्ट्रोमैग्नेट बस एक नरम लोहे का कोर होता है जिसके चारों ओर तामचीनी तार कापर होता है। नरम लोहे का कोर चुंबकीय क्षेत्र को वांछित स्थान पर निर्देशित करता है। तामचीनी तार तांबे में वर्तमान यह चुंबकीय क्षेत्र बनाता है (यह आनुपातिक है)। साथ ही आप जितने अधिक घुमाव बनाते हैं, आपके पास उतना ही अधिक चुंबकीय क्षेत्र होता है। मैंने पकड़े गए शिकंजे के पास चुंबकीय क्षेत्र को केंद्रित करने और पूर्वाभास बल को बढ़ाने के लिए एक यू-आकार का लोहा तैयार किया।

एक यू-आकार को नरम लोहे के टुकड़े में काटें (ऊंचाई: 25 मिमी, चौड़ाई: 15 मिमी, लोहे का क्रॉस-सेक्शन: 5 x 4 मिमी)। यू-आकार के लोहे के चारों ओर तार को घुमाने से पहले तेज किनारों को हटाना बहुत जरूरी है। घुमावदार दिशा समान रखने के लिए सावधान रहें (विशेषकर जब आप दूसरी तरफ कूदते हैं, तो आपको अपने दृष्टिकोण से रोटेशन की दिशा बदलने की आवश्यकता होती है लेकिन आप यू-आकार के लोहे के दृष्टिकोण से एक ही दिशा रखते हैं) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) कॉइल को सर्किट में ब्रांच करने से पहले, मल्टीमीटर के साथ कॉइल प्रतिरोध की जांच करें और ओम के नियम (U=RI) के साथ करंट की गणना करें। मेरे कुंडल पर 200 से अधिक मोड़ हैं। मेरा सुझाव है कि आप तब तक हवा दें जब तक आपके पास यू-आकार के अंदर केवल 2 मिमी की जगह न हो।

एक लकड़ी का होल्डर बनाया गया है और यू-आकार के लोहे को गर्म गोंद से सुरक्षित किया गया है। दो स्लिट दोनों सिरों पर तार को सुरक्षित करने की अनुमति देते हैं। अंत में लकड़ी के होल्डर पर दो पिन लगाए जाते हैं। वे तामचीनी कूपर तार और इलेक्ट्रॉनिक तार के बीच जंक्शन बनाते हैं। कॉइल के किसी भी नुकसान को रोकने के लिए, मैंने कॉइल के चारों ओर गर्म गोंद की एक परत जोड़ दी। आखिरी तस्वीर में आप लकड़ी के एक हिस्से को देख सकते हैं जो यू-आकार के लोहे को बंद कर देता है। इसका कार्य यू-आकार के लोहे के अंदर किसी भी पेंच को फंसने से रोकना है।

एनामेल्ड वायर कॉपर टूटे हुए ट्रांसफॉर्मर से लिया गया है। यदि आप ऐसा करते हैं, तो जांच लें कि तार टूटा नहीं है या उपयोग किए गए हिस्से में कोई शॉर्ट सर्किट तो नहीं है। फेरोमैग्नेटिक कोर पर लगे टेप को हटा दें। एक कटर से, लोहे के सभी स्लाइसों को एक-एक करके अलग कर लें। फिर कॉइल पर लगे टेप को हटा दें और अंत में एनामेल्ड वायर कूपर को खोल दें। सेकेंडरी वाइंडिंग (बड़ा व्यास का तार) का उपयोग किया गया है (ट्रांसफार्मर इनपुट 230V, आउटपुट 5V-1A)।

चरण 5: सर्किट बनाएं

एक प्रोटोटाइप बोर्ड पर, मैंने ऊपर योजनाबद्ध बनाया। इलेक्ट्रोमैग्नेट कॉइल को स्विच करने के लिए एक बाइपोलर ट्रांजिस्टर (S8050) का उपयोग किया गया है। जांचें कि आपका ट्रांजिस्टर पिछले चरण में गणना की गई धारा को संभाल सकता है। एक MOSFET शायद इस स्थिति में अधिक उपयुक्त है, लेकिन मेरे पास जो था वह मैंने लिया (और मैं कम प्रतिरोध चाहता था)। अपने ट्रांजिस्टर में दो प्रतिरोधों को समायोजित करें।

उपरोक्त योजनाबद्ध में, वीसीसी और जीएनडी आइकन मेरी बिजली आपूर्ति के + और - से जुड़े हैं। सर्वोमोटर्स में तीन तार होते हैं: सिग्नल, वीसीसी और जीएनडी। केवल सिग्नल तार नियंत्रक से जुड़ा होता है, अन्य बिजली की आपूर्ति से जुड़े होते हैं। नियंत्रक प्रोग्रामर केबल द्वारा संचालित होता है।

चरण 6: कोड

अंतिम लेकिन कम से कम नहीं: कोड। आप इसे यहां पाएंगे:

नियंत्रक (आर्डिनो प्रकार) के लिए एक कार्यक्रम है और दूसरा जो कंप्यूटर पर चलता है (उम्मीद है कि जल्द ही रास्पबेरी पर)। नियंत्रक पर कोड प्रक्षेपवक्र योजना के लिए जिम्मेदार है और कंप्यूटर पर एक छवि प्रसंस्करण करता है और परिणामी स्थिति को नियंत्रक को भेजता है। इमेज प्रोसेसिंग OpenCV पर आधारित है।

कंप्यूटर का प्रोग्राम

कार्यक्रम वेबकैम और रोशनी के साथ एक छवि लेता है, पारभासी कार्यबल केंद्र और त्रिज्या का पता लगाता है और अंतिम छवि रोटेशन को ठीक करता है। इन मूल्यों से, प्रोग्राम रोबोट की स्थिति की गणना करता है (हम प्लेट के अनुसार रोबोट की स्थिति जानते हैं)। प्रोग्राम स्क्रू और बोल्ट का पता लगाने के लिए OpenCV के ब्लॉब डिटेक्टर फ़ंक्शन का उपयोग करता है। वांछित घटक का चयन करने के लिए विभिन्न प्रकार के ब्लॉब्स को उपलब्ध पैरामीटर (क्षेत्र, रंग, गोलाकार, उत्तलता, जड़ता) के साथ फ़िल्टर किया जाता है। ब्लॉब डिटेक्टर का परिणाम चयनित ब्लॉब्स की स्थिति (पिक्सेल में) है। फिर एक फ़ंक्शन इन पिक्सेल स्थितियों को आर्म कोऑर्डिनेट सिस्टम (ऑर्थोगोनल) में मिलीमीटर स्थिति में बदल देता है। एक अन्य फ़ंक्शन इलेक्ट्रोमैग्नेट को वांछित स्थिति में रखने के लिए प्रत्येक आर्म जॉइन की आवश्यक स्थिति की गणना करता है। परिणाम में तीन कोण होते हैं जो अंत में नियंत्रक को भेजे जाते हैं।

नियंत्रक का कार्यक्रम

यह प्रोग्राम जॉइन एंगल्स को प्राप्त करता है और इन एंगल्स तक पहुंचने के लिए आर्म पार्ट्स को मूव करता है। यह पहले एक ही समय अंतराल के दौरान चाल करने के लिए प्रत्येक जुड़ने की शीर्ष गति की गणना करता है। फिर यह जाँचता है कि क्या ये शीर्ष गति कभी पहुँची हैं, इस मामले में चाल तीन चरणों का पालन करेगी: त्वरण, निरंतर गति और मंदी। यदि शीर्ष गति तक नहीं पहुंचा जाता है, तो चाल केवल दो चरणों का पालन करेगी: त्वरण और मंदी। जिन क्षणों में इसे एक चरण से दूसरे चरण में जाना होता है, उनकी भी गणना की जाती है। अंत में चाल को अंजाम दिया जाता है: नियमित अंतराल पर, नए वास्तविक कोणों की गणना की जाती है और उन्हें भेजा जाता है। यदि यह नेस्ट चरण में जाने का समय है, तो निष्पादन अगले चरण तक जारी रहता है।

चरण 7: अंतिम स्पर्श

फ़्रेम

कैमरा होल्ड करने के लिए एक फ्रेम जोड़ा गया था। मैंने इसे लकड़ी से बनाना चुना क्योंकि यह सस्ता है, इसके साथ काम करना आसान है, खोजने में आसान है, पर्यावरण के अनुकूल है, आकार में सुखद है और यह उस शैली में रहता है जिससे मैंने शुरुआत की थी। किस ऊंचाई की जरूरत है, यह तय करने के लिए कैमरे के साथ एक छवि परीक्षण करें। इसे कठोर और स्थिर बनाना भी सुनिश्चित करें क्योंकि मैंने देखा है कि परिणामी स्थिति किसी भी कैमरा चाल के लिए बहुत संवेदनशील है (कम से कम इससे पहले कि मैंने वर्कटेबल ऑटो-डिटेक्शन फ़ंक्शन जोड़ा)। कैमरे को वर्कटेबल सेंटर पर और मेरे मामले में, पारभासी सफेद सतह से 520 मिमी की दूरी पर स्थित होना चाहिए।

बॉक्स

जैसा कि आप चित्र में देख सकते हैं, चल भंडारण बक्से कार्यबल के समतल भाग पर हैं। आप जितने चाहें उतने बॉक्स बना सकते हैं लेकिन मेरे वास्तविक सेटअप के साथ जगह काफी सीमित है। फिर भी मेरे पास इस बिंदु को सुधारने के लिए विचार हैं (cf. भविष्य में सुधार)।

भविष्य में सुधार

• फिलहाल टाइमिंग बेल्ट को लकड़ी के हिस्से से बंद कर दिया गया है लेकिन यह घोल उस क्षेत्र को सीमित कर देता है जहां हाथ पहुंच सकता है। मुझे बड़े सर्वो और आर्म एक्सिस के बीच अधिक स्थान जोड़ने या एक छोटा क्लोजिंग सिस्टम बनाने की आवश्यकता है।
• बक्से फ्लैट वर्कटेबल किनारे के साथ हैं, अगर मैं इसे आधा सर्कल किनारे पर रखता हूं, तो मेरे पास बक्से जोड़ने और कई घटक प्रकारों को सॉर्ट करने के लिए और अधिक जगह होगी।
• अब बूँद का पता लगाने वाला फ़िल्टर भागों को छाँटने के लिए पर्याप्त है, लेकिन जैसा कि मैं बक्सों की संख्या बढ़ाना चाहता हूँ, मुझे चयनात्मकता बढ़ाने की आवश्यकता होगी। इस कारण से, मैं विभिन्न मान्यता विधियों का प्रयास करूंगा।
• अब मेरे द्वारा उपयोग किए जाने वाले सर्वोमोटर्स के पास सभी आधे डिस्क वर्कटेबल तक पहुंचने के लिए पर्याप्त रेंज नहीं है। मुझे अलग-अलग पुली के बीच सर्वो को बदलने या कमी कारक को बदलने की जरूरत है।
• कुछ समस्याएं अक्सर होती हैं इसलिए विश्वसनीयता में सुधार करना प्राथमिकता है। उसके लिए मुझे मुद्दों के प्रकार को वर्गीकृत करने और अधिक संभावना पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता है। यह पहले से ही मैंने लकड़ी के छोटे टुकड़े के साथ किया है जो यू-आकार के लोहे और ऑटो डिटेक्शन सेंटर एल्गोरिदम को बंद कर देता है लेकिन अब मुद्दे हल करने के लिए और अधिक जटिल हो जाते हैं।
• नियंत्रक और इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लिए एक पीसीबी बनाएं।
• स्टैंड अलोन स्टेशन के लिए कोड को रास्पबेरी पाई में माइग्रेट करें

संगठन प्रतियोगिता में द्वितीय पुरस्कार