Шураг ангилах машин: 7 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:03

Нэг өдөр лабораторид (FabLab Moscow) миний хамт ажиллагч эрэг, самар, цагираг болон бусад тоног төхөөрөмжийн бүрэн хайрцгийг ялгах завгүй байхыг би харсан. Түүний хажууд зогсоод би нэг хором хараад "Энэ бол машины хувьд төгс ажил байх болно." Гүүглээс хурдан харсны дараа янз бүрийн ухаалаг механик системүүд аль хэдийн байсныг олж харсан боловч бидний хайрцагт олон төрлийн эд ангиуд байгаа тул бидний асуудлыг шийдэж чадаагүй юм. Цэвэр механик зүйл хийх нь нэлээд төвөгтэй байх болно. Илүү "робот" систем рүү явах өөр нэг сайн шалтгаан бол миний дуртай техникийн талбар болох машины алсын хараа, робот гар, цахилгаан механик идэвхжүүлэгчид хэрэгтэй байсантай холбоотой юм.

Энэхүү машин нь боолтыг сонгож өөр хайрцганд хийнэ. Энэ нь цахилгаан соронзтой ажилладаг робот гар, гэрэл дээрх тунгалаг ажлын ширээ, дээрээс камертай. Ажлын ширээн дээр хэдэн боолт, самар тарааж дууссаны дараа гэрэл асааж, зураг авдаг. Алгоритм нь хэсгийн хэлбэрийг илрүүлж, байрлалыг нь буцаана. Эцэст нь цахилгаан соронзтой гар нь эд ангиудыг хүссэн хайрцгуудад нэг нэгээр нь байрлуулна.

Энэ төсөл хөгжиж байгаа боловч одоо би та бүхэнтэй хуваалцахыг хүсч буй зохистой үр дүнд хүрч байна.

Алхам 1: багаж хэрэгсэл, материал

Багаж хэрэгсэл

• Лазер таслагч
• Өнцөг бутлуур
• Hacksaw
• Халив
• Хавчаар (илүү сайн байх тусам)
• Халуун цавуу буу

Материал

• Фанер 3мм (1 м2)
• 6 мм фанер (300 x 200 мм)
• Цагаан тунгалаг хуванцар 4мм (500 х 250 мм)
• Компьютер (би бөөрөлзгөнө pi руу шилжих гэж оролдож байна)
• Вэбкам (Logitech HD T20p, хэн ч ажиллах ёстой)
• 4 PWM гаралт / analogWrite (гурван servo ба цахилгаан соронзон ороомог) бүхий Arduino (би ProTrinket 5V ашигладаг)
• Прототип хийх самбар
• Цахим утас (2м)
• Шилжүүлэгч транзистор (2W ороомог хөтлөх боломжтой аливаа транзистор) (надад S8050 байна)
• Диод (Шоттки илүү сайн)
• 2 резистор (100Ω, 330Ω)
• Цахилгаан хангамж 5V, 2А
• Серво микро (өргөн 13 урт 29 мм)
• 2 servo стандарт (өргөн 20 урт 38 мм)
• Модон цавуу
• Шураг бүхий 4 металл булан (заавал биш)
• Модон саваа (30 x 20 x 2400)
• Халуун цавуу
• Пааландсан зэс утас (0.2, 0.3 мм диаметр, 5м) (хуучин трансформатор уу?)
• Зөөлөн төмөр (16 x 25 x4 мм)
• 3 залгууртай гэрлийн чийдэн
• Холбогч тууз (230V, 6 элемент)
• Залгууртай цахилгаан утас (230V) (2 м)
• 625ZZ холхивч (дотоод диаметр 5 мм, гадна диаметр 16 мм, өндөр 5 мм)
• 608ZZ холхивч (дотоод диаметр 8мм, гадна диаметр 22мм, өндөр 7мм)
• Rb-lyn-317 холхивч (дотор диаметр 3 мм, гадна диаметр 8 мм, өндөр 4 мм)
• Хугацааны бүс GT2 (2 мм давирхай, 6 мм өргөн, 650 мм)
• Шураг M5 x 35
• Шураг M8 x 40
• 8 шураг M3 x 15
• 4 шураг M4 x 60
• 2 х 8 мм хэмжээтэй 6 модон эрэг
• Шураг M3 x 10
• Реле самбарын модуль (хянагч шууд хянах боломжтой)

Алхам 2: Гэрлийн хайрцгийг хий

Гэрлийн хайрцаг нь үндсэн дөрвөн хэсгээс бүрдэх ба зарим бэхэлгээтэй. Эдгээр эд ангиудыг татаж аваад тунгалаг хуванцараас бусад хооронд нь наа. Би модон хагас диск, муруй хананаас эхлэв. Хатаах явцад дискний эргэн тойронд ханыг чангалж байх хэрэгтэй. Би хагас диск болон муруй хананы суурийг бэхлэхийн тулд хавчаар ашигласан. Дараа нь хагас соронзон хальсны эргэн тойронд ханыг хадгалдаг. Хоёрдугаарт, би тунгалаг ажлын ширээг тэсвэрлэхийн тулд обуд наасан. Эцэст нь хавтгай ханыг модон (дотор) ба металл (гадна талын) баруун ирмэгээр нэмнэ.

Хайрцаг дууссаны дараа та гэрлийн чийдэнгээ нэмж, утас, залгуурыг холбогч туузаар холбох хэрэгтэй. 230В -ийн утсыг өөрт тохиромжтой газар хайчилж, релений модулийг оруулна уу. Би аюулгүй байдлын үүднээс буухиа (230В!) Модон хайрцагт хийсэн.

Алхам 3: Робот гараа хий

Эд ангиудыг татаж аваад хайчилж ав. Сервомотор дээр бүсээ бэхлэхийн тулд би цаасан хавчаар ашигласан. Би хоёр хэсэг бүсийг сервомоторт хадаж, юу ч хөдлөхгүй байхын тулд цавуу нэмэв.

Шугаман босоо чиглүүлэлтийн хувьд бөглөрөлтөөс зайлсхийхийн тулд поршенийг зүлгүүрээр өнгөлөх шаардлагатай. Энэ нь жигд гулсах ёстой. Угсарсны дараа удирдамжийг хүссэн уртаар нь огтолж тохируулж болно. Гэсэн хэдий ч төвөөс хэт түгжихээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд үүнийг аль болох урт байлгах хэрэгтэй. Поршенийг гарны хайрцагт наасан байна.

Холхивч нь дамар дотор хаалттай байна. Нэг дамар нь хоёр давхар фанераар хийгдсэн байдаг. Эдгээр хоёр давхарга нь бие биендээ хүрэх албагүй тул наалдуулахын оронд гарны хавтан дээр наа. Дээд ба доод гарын хавтангуудыг дөрвөн ширхэг М3 х 15 хэмжээтэй шураг, самараар арчлдаг. Эхний тэнхлэг (том тэнхлэг) нь ердөө M8 x 40 шураг, хоёр дахь (жижиг нь) M5 x 35 шураг юм. Самарыг гарны эд ангиудыг тусгаарлагч, шүүгээ болгон ашигла.

Алхам 4: Цахилгаан соронз хийх

Цахилгаан соронз бол зүгээр л зөөлөн төмрийн цөм бөгөөд эргэн тойрондоо пааландсан утсан машин юм. Зөөлөн төмөр цөм нь соронзон орныг хүссэн газар руу чиглүүлдэг. Паалантай утсан машин дахь гүйдэл нь энэ соронзон орныг үүсгэдэг (энэ нь пропорциональ). Мөн илүү олон эргэлт хийх тусам соронзон орон илүү их байх болно. Баригдсан эрэгний ойролцоо соронзон орныг төвлөрүүлж, бэхлэх хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд би U хэлбэрийн төмөр хийжээ.

U хэлбэрийг зөөлөн төмрөөр хайчилж ав (өндөр: 25мм, өргөн: 15мм, төмөр хөндлөн огтлол: 5х4мм). U хэлбэрийн төмрийн эргэн тойронд утас ороомог хийхээс өмнө хурц ирмэгийг арилгах нь маш чухал юм. Нэг ороомгийн чиглэлийг хадгалахын тулд болгоомжтой байгаарай (ялангуяа нөгөө тал руу үсрэх үед эргэх чиглэлийг өөрийн өнцгөөс өөрчлөх хэрэгтэй, гэхдээ та U хэлбэрийн төмөр өнцгөөс ижил чиглэлтэй байх ёстой) (https://en.wikipedia.org/wiki/Right-hand_rule) Ороомогыг хэлхээнд салаалахаас өмнө мультиметрээр ороомгийн эсэргүүцлийг шалгаж, Омын хуулиар (U = RI) гүйдлийг тооцоолно. Миний ороомог дээр 200 гаруй эргэлт байна. U хэлбэрийн дотор ердөө 2 мм зайтай болтол салхилахыг зөвлөж байна.

Модон эзэмшигч хийж, U хэлбэрийн төмрийг халуун цавуугаар бэхлэв. Хоёр ангархай нь утсыг хоёр үзүүрээр бэхлэх боломжийг олгодог. Эцэст нь модон тавиур дээр хоёр тээглүүр хадав. Тэд пааландсан купер утас ба электрон утасны хоорондох уулзварыг хийдэг. Ороомог гэмтэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд би ороомгийн эргэн тойронд халуун цавуу давхаргыг нэмэв. Сүүлийн зураг дээр U хэлбэрийн төмрийг хаадаг модон хэсгийг ажиглаж болно. Үүний үүрэг бол U хэлбэрийн төмөр дотор шураг гацахаас урьдчилан сэргийлэх явдал юм.

Паалантай утсан машиныг эвдэрсэн трансформатороос авсан. Хэрэв ингэсэн бол утас тасраагүй, ашигласан хэсэгт богино холболт байхгүй эсэхийг шалгаарай. Ферромагнет цөм дээрх соронзон хальсыг ав. Зүсэгчээр төмрийн бүх зүсмэлүүдийг нэг нэгээр нь салга. Дараа нь ороомог дээрх соронзон хальсыг арилгаж, эцэст нь пааландсан утсыг тайл. Хоёрдогч ороомог (том диаметртэй ороомог) ашигласан (трансформаторын оролт 230В, гаралт 5V-1А).

Алхам 5: Цахилгаан хэлхээг хий

Прототип хийх самбар дээр би дээрх схемийг бүтээсэн. Цахилгаан соронзон ороомгийг солиход хоёр туйлт транзистор (S8050) ашигласан болно. Таны транзистор өмнөх алхамд тооцоолсон гүйдлийг зохицуулж чадах эсэхийг шалгаарай. Энэ нөхцөлд MOSFET нь илүү тохиромжтой байж магадгүй, гэхдээ би гартаа байсан зүйлээ авсан (мөн эсэргүүцэл багатай байхыг хүсч байсан). Хоёр резисторыг транзистороор тохируулна уу.

Дээрх схемд VCC ба GND дүрс нь миний цахилгаан хангамжийн + ба - хэсэгт холбогдсон байна. Серваторууд нь Signal, VCC, GND гэсэн гурван утастай. Зөвхөн дохионы утас хянагчтай холбогддог, бусад нь цахилгаан тэжээлд холбогдсон байдаг. Хянагч нь програмист кабелиар тэжээгддэг.

Алхам 6: Код

Хамгийн сүүлд гэхдээ хамгийн чухал нь: код. Та эндээс олох болно:

Хянагчийн нэг програм байдаг (arduino төрөл), нөгөө нь компьютер дээр ажилладаг (удахгүй бөөрөлзгөнө дээр ажиллах болно гэж найдаж байна). Хянагчийн код нь замналын төлөвлөлтийг хариуцдаг бөгөөд компьютер дээрх код нь зураг боловсруулж, үр дүнг нь хянагч руу илгээдэг. Зургийн боловсруулалт нь OpenCV дээр суурилдаг.

Компьютерийн програм

Хөтөлбөр нь вэбкамер, гэрэл бүхий зургийг авч, тунгалаг ажлын хүснэгтийн төв ба радиусыг олж, зургийн эргэлтийг засч залруулдаг. Эдгээр утгуудаас програм нь роботын байрлалыг тооцоолдог (Бид хавтангийн дагуу роботын байрлалыг мэддэг). Хөтөлбөр нь боолт, боолтыг илрүүлэхийн тулд OpenCV -ийн бөмбөг илрүүлэгч функцийг ашигладаг. Хүссэн бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгохын тулд янз бүрийн хэлбэрийн бөмбөгийг боломжтой параметрүүдээр (талбай, өнгө, тойрог, гүдгэр, инерци) шүүнэ. Бөмбөг илрүүлэгчийн үр дүн нь сонгосон бөмбөлгүүдийн байрлал (пикселээр) юм. Дараа нь функц нь эдгээр пикселийн байрлалыг гар координатын системд (ортогональ) миллиметрийн байрлал болгон хувиргадаг. Өөр нэг функц нь цахилгаан соронзыг хүссэн байрлалд байлгахын тулд гар нэгдэх бүрийн шаардлагатай байрлалыг тооцоолно. Үр дүн нь гурван өнцгөөс бүрдэх бөгөөд тэдгээрийг эцэст нь хянагч руу илгээдэг.

Хянагчийн програм

Энэ програм нь нэгдэх өнцгийг хүлээн авч, гар хэсгүүдийг эдгээр өнцгүүдэд хүргэнэ. Энэ нь эхлээд ижил хугацааны интервалд шилжихийн тулд нэгдэх бүрийн хамгийн дээд хурдыг тооцоолно. Дараа нь эдгээр дээд хурдад хүрч чадсан эсэхийг шалгадаг бөгөөд энэ тохиолдолд алхам нь хурдатгал, тогтмол хурд, удаашрал гэсэн гурван үе шаттай явагдана. Хэрэв хамгийн дээд хурданд хүрэхгүй бол алхам нь хурдасгах, удаашруулах гэсэн хоёр үе шаттай явагдах болно. Үүнийг нэг үе шатнаас нөгөөд шилжүүлэх мөчийг бас тооцдог. Эцэст нь алхамыг гүйцэтгэдэг: Тогтмол интервалтайгаар шинэ бодит өнцгийг тооцоолж илгээдэг. Хэрэв үүрний үе рүү шилжих цаг болсон бол гүйцэтгэл нь дараагийн үе шат хүртэл үргэлжилнэ.

Алхам 7: Эцсийн шүргэлт

Хүрээ

Камерыг барихын тулд хүрээ нэмж оруулав. Хямд, ажиллахад хялбар, олоход хялбар, байгаль орчинд ээлтэй, хэлбэр дүрс нь тааламжтай, миний эхлүүлсэн хэв маягаар хадгалагдан үлдсэн тул би үүнийг модоор хийхээр сонгосон. Камер ашиглан зургийн тест хийж ямар өндөр хэрэгтэйг шийдээрэй. Үүний үр дүнд байрлал нь камерын аливаа хөдөлгөөнд маш мэдрэмтгий байдгийг анзаарсан тул үүнийг хатуу, тогтмол болгох хэрэгтэй. Камерыг ажлын ширээний төвд, миний хувьд тунгалаг цагаан гадаргуугаас 520 мм зайд байрлуулах ёстой.

Хайрцагнууд

Зураг дээр харж байгаа шиг хөдлөх хадгалах хайрцагнууд нь ажлын ширээний хавтгай хэсэгт байрладаг. Та шаардлагатай хэмжээгээр олон хайрцаг хийж болно, гэхдээ миний бодит тохиргоог хийснээр орон зай маш хязгаарлагдмал байна. Гэсэн хэдий ч надад энэ цэгийг сайжруулах санаа байна (жишээлбэл, ирээдүйн сайжруулалт).

Ирээдүйн сайжруулалт

• Одоогийн байдлаар цагны бүсийг модон хэсгээр хаадаг боловч энэ шийдэл нь гар хүрэх хэсгийг хязгаарладаг. Би том servo ба гар тэнхлэгийн хооронд илүү зай нэмэх эсвэл жижиг хаалтын систем хийх хэрэгтэй.
• Хайрцагнууд нь ажлын ширээний хавтгай ирмэгийн дагуу байрладаг, хэрэв би үүнийг хагас тойргийн ирмэг дээр байрлуулбал хайрцгийг нэмж, олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ангилах илүү их зайтай болно.
• Одоо блокуудыг илрүүлэх шүүлтүүр нь эд ангиудыг ялгахад хангалттай боловч хайрцгийн тоог нэмэгдүүлэхийг хүсч байгаа тул сонгомол чанарыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай болно. Энэ шалтгааны улмаас би таних өөр аргыг туршиж үзэх болно.
• Одоо миний ашигладаг сервомоторууд дискний хагас ширээний хүснэгтэд хүрэх хангалттай хүрэлцээгүй байна. Би өөр өөр дамар хоорондын servos -ийг өөрчлөх эсвэл багасгах коэффициентийг өөрчлөх хэрэгтэй.
• Зарим асуудал байнга гардаг тул найдвартай байдлыг сайжруулах нь нэн тэргүүний асуудал юм. Үүний тулд би асуудлын төрлийг ангилж, илүү их магадлалд анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй. Энэ бол U хэлбэрийн төмөр ба авто илрүүлэх төвийн алгоритмыг хаадаг жижиг модоор хийсэн зүйл байсан боловч одоо асуудлыг шийдэх нь илүү төвөгтэй болж байна.
• Хянагч ба электрон хэлхээнд ПХБ хийх.
• Бие даасан станцтай болохын тулд кодыг Raspberry pi руу шилжүүлээрэй

Байгууллагын уралдааны хоёрдугаар шагнал