Manipulator BlackBird - model manipulatora segregującego

wn2001 · Styczeń 8, 2019

1) Wstęp

Postępujący w ostatnich dziesięcioleciach rozwój przemysłu spowodował potrzebę podnoszenie efektywności produkcji przy jednoczesnym obniżaniu kosztów. Naturalnym następstwem jest pojawianie się różnego typu maszyn, urządzeń i instalacji zastępujących pracownika tam, gdzie wykonywana praca jest w pełni powtarzalna pozwalając na wprowadzenie automatyzacji. Jednym z jej owoców są manipulatory – roboty, które działaniem przypominają ludzką kończynę górną. Ich efektorem (końcówką roboczą) może być na przykład chwytak (przenoszenie przedmiotów), wrzeciono frezujące bądź inne elektronarzędzie (obróbka) czy głowica spawalnicza (spawanie). Celem projektu było zbudowanie mini-systemu segregującego krążki na białe i czarne z manipulatorem opartym na projekcie EEZYbotARM https://www.thingiverse.com/thing:1015238 w roli głównej. Kolor krążków miałby być rozpoznawany za pomocą czujnika odbiciowego CNY70 (dioda IR + fototranzystor). Podczas pojedynczego cyklu, wyzwalanego za pomocą przycisku START, robot segregowałby 8 elementów, przekładając je do odpowiednio białego i czarnego pojemnika. Oprócz wspomnianego przycisku, na interfejs użytkownika składałyby się linijka ośmiu diód LED RGB oraz brzęczyk.

2) Parametry modelu

Wymiary [cm]: 40x25x20
Kontroler: Arduino Uno R3 + Arduino Sensor Shield V5.0
Zasilanie: Zasilacz DC 5V 4A
Czas cyklu: <1min; maximum 8 krążków
Czujnik odbiciowy: CNY70
Ruch krążków: Wymuszony grawitacyjnie, szyna ustawiona pod kątem 30°
Dodatkowe funkcje: Brzęczyk, przycisk START, 8 diód sygnalizujących RGB

3) Teoria

Serwomechanizm modelarski to urządzenie, które sterowane sygnałem prostokątnym PWM pozwala na obrót wału w zakresie 180°. W manipulatorze wykorzystano cztery serwa, trzy główne SG-92R oraz jedno sterujące chwytakiem SG-90. Rozpoznawanie koloru krążka odbywa się poprzez czujnik odbiciowy – powierzchnia biała odbija wiele światła, oświetlając tym samym fototranzystor, co nie ma miejsca przy powierzchni czarnej. Po naciśnięciu przycisku START czujnik rozpoznaje kolor, zwraca informację do sterownika, a ten steruje serwami tak, aby krążki przekładane były do odpowiednich pojemników. Kolejność, w jakiej krążki były ułożone na szynie jest zapisywana na linijce LED. Podstawę stanowi frezowana płyta z mlecznej plexy o grubości 5mm. Pozostałe części wykonano z wykorzystaniem druku 3D, wspomagając się programem Google SketchUp. Rysunek techniczny 2D podstawy, niezbędny do jej późniejszej obróbki na ploterze frezującym CNC, opracowano w programie SolidEdge ST8. Wsad Arduino liczy 170 linijek kodu. Wykorzystano bibliotekę VarSpeedServo.h, która pozwala na zadanie kąta obrotu wału serwa oraz prędkości, z jaką ma ono nastąpić.

4) Film

5) Schemat blokowy i ideowy elektroniki

6) Główny fragment programu

for(int x=0; x<8; x++) { //Powtórzenie 8-krotne
linijka.setPixelColor(x, linijka.Color(255, 255, 0)); //Sygnalizacja kolorem żółtym, który krążek jest właśnie rozpoznawany 
linijka.show(); 


if (analogRead(A0)>=500) //Ocena, czy krążek jest biały (pomiar napięcia na fototranzystorze czujnika CNY70)
        { 
BASE.slowmove(50,50); //Ruchy serwomechanizmów
RB.slowmove(120,50);
RS.slowmove(90,50);
GRIP.slowmove(pozycja1,100);
delay(1000);
GRIP.slowmove(0,100);
delay(1000);
BASE.slowmove(50,20);
RB.slowmove(70,20);
RS.slowmove(140,20);
delay(1000);
BASE.slowmove(10,50);
RB.slowmove(110,20);
delay(1000);
GRIP.slowmove(pozycja2,100);
delay(1000); 

linijka.setPixelColor(x, linijka.Color(255, 255, 255)); //Sygnalizacja kolorem białym, właśnie przełożony krążek był biały
linijka.show(); 
}


else if (analogRead(A0)<500) //Analogicznie dla krążków czarnych
{...}

Podsumowanie

Wszystkie początkowo zakładane wymagania i cele zostały osiągnięte. Co ważne, na podstawie kilkudziesięciu prób można stwierdzić, że instalacja cechuje się wysoką niezawodnością – skuteczność w rozpoznawaniu detali wynosi 100%, nie dochodzi również do zacięć czy w samym działaniu mechaniki i elektroniki. Model budowałem hobbystycznie, natomiast później prezentowałem go na różnych pokazach itd. oraz konkursie innowacji technicznych, gdzie reprezentowałem szkołę.

Pozdrawiam Zapraszam do pozytywnej krytyki

PS. Kilka zdjęć (dwa ostatnie zdjęcia pokazują spód modelu, który stoi na pomarańczowych "nóżkach")